Physique-chimie au brevet : formules et méthode

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Tu retrouves ici les sept formules de physique-chimie à connaître, les conversions qui coûtent des points et une méthode pour tout exercice de calcul. Trois exercices corrigés et un rappel de chimie complètent la fiche.

Les formules du programme avec leurs unités

L’épreuve de sciences a lieu le lundi 28 juin 2027, de 8 h à 9 h, avec un coefficient 2. Elle porte sur deux disciplines parmi la physique-chimie, les SVT et la technologie, 30 minutes chacune. Pour les deux autres, vois les leçons SVT et technologie.

Formules, grandeurs et unités

Vitesse : v = d / t	v en m/s avec d en m et t en s, ou v en km/h avec d en km et t en h
Poids : P = m × g	P en newtons (N), m en kg, g = 9,8 N/kg sur Terre
Masse volumique : ρ = m / V	ρ en g/cm³ avec m en g et V en cm³, ou en kg/m³ avec m en kg et V en m³
Énergie électrique : E = P × t	E en joules (J) avec P en watts (W) et t en s, ou E en kilowattheures (kWh) avec P en kW et t en h
Puissance électrique : P = U × I	P en watts (W), U en volts (V), I en ampères (A)
Loi d’Ohm : U = R × I	U en volts (V), R en ohms (Ω), I en ampères (A)
Énergie cinétique : Ec = ½ × m × v²	Ec en joules (J), m en kg, v en m/s

Astuce : écris chaque formule sous la forme d’un produit, par exemple d = v × t ou U = R × I. Place le résultat du produit en haut d’un triangle et les deux facteurs en bas. Cache la grandeur cherchée : deux lettres côte à côte se multiplient, une lettre au-dessus d’une autre se divise par elle.

Les conversions qui font perdre des points

Une formule n’est juste que si les grandeurs sont dans les bonnes unités.

• km/h et m/s : 1 m/s = 3,6 km/h. De km/h vers m/s, divise par 3,6 : 54 km/h = 54 / 3,6 = 15 m/s. Dans l’autre sens, multiplie.
• g et kg : 1 kg = 1 000 g, donc 450 g = 0,45 kg.
• mL et L : 1 L = 1 000 mL, donc 250 mL = 0,25 L. De plus, 1 mL = 1 cm³.
• min, s et h : 1 min = 60 s, donc 2 min 30 s = 150 s. Et 1 h 30 min = 1,5 h, jamais 1,30 h.
• mA, A, W et kW : 250 mA = 0,25 A et 1 150 W = 1,15 kW.
• kWh et J : 1 kWh = 3 600 000 J.

La méthode en six étapes

1. Données. Relève chaque valeur de l’énoncé avec son unité et repère ce qu’on te demande.
2. Conversion. Mets chaque grandeur dans l’unité de la formule.
3. Formule. Écris-la avec les lettres, en l’isolant si besoin : d = v × t, t = d / v, R = U / I.
4. Calcul. Remplace les lettres par les nombres, puis calcule.
5. Unité. Écris le résultat avec son unité, dans une phrase qui répond à la question.
6. Vérification. Compare avec un ordre de grandeur réaliste : un cycliste à 600 km/h, ou un objet de 450 g qui pèse 4 410 N, signale une erreur.

Trois exercices corrigés

Exercice 1 : vitesse et énergie cinétique

Énoncé. Un cycliste parcourt 27 km en 1 h 30 min. Sa masse, avec celle du vélo, est de 80 kg. Calcule sa vitesse en km/h puis en m/s, et son énergie cinétique.

Corrigé. Données : d = 27 km, t = 1 h 30 min = 1,5 h, m = 80 kg.

1. v = d / t = 27 / 1,5 = 18 km/h.
2. v = 18 / 3,6 = 5 m/s.
3. Ec = ½ × m × v² = 0,5 × 80 × 5² = 0,5 × 80 × 25 = 1 000 J. La vitesse doit être en m/s : on utilise 5 et non 18.

Exercice 2 : masse volumique et poids

Énoncé. Un objet de 450 g occupe un volume de 150 cm³. Calcule sa masse volumique en g/cm³. Flotte-t-il dans l’eau, de masse volumique 1 g/cm³ ? Calcule son poids sur Terre.

Corrigé. ρ = m / V = 450 / 150 = 3 g/cm³. Cette valeur est supérieure à 1 g/cm³, donc l’objet coule. Pour le poids, m = 450 g = 0,45 kg, et P = m × g = 0,45 × 9,8 = 4,41 N.

Exercice 3 : électricité

Énoncé. Un grille-pain porte les indications 230 V et 1 150 W. Calcule l’intensité du courant, la résistance de l’appareil, puis l’énergie consommée en 12 min, en kWh et en joules.

Corrigé.

1. P = U × I, donc I = P / U = 1 150 / 230 = 5 A.
2. U = R × I, donc R = U / I = 230 / 5 = 46 Ω.
3. En kWh : P = 1,15 kW et t = 12 min = 0,2 h, donc E = P × t = 1,15 × 0,2 = 0,23 kWh.
4. En joules : P = 1 150 W et t = 12 × 60 = 720 s, donc E = 1 150 × 720 = 828 000 J.

Les notions de chimie à connaître

Atomes et ions

Un atome est électriquement neutre : son noyau (protons positifs, neutrons sans charge) est entouré d’électrons négatifs, aussi nombreux que les protons. Un ion est un atome, ou un groupe d’atomes, qui a perdu ou gagné des électrons : positif s’il en perd (Na⁺, Cu²⁺), négatif s’il en gagne (Cl⁻). Avec de la soude, un précipité bleu révèle Cu²⁺, vert Fe²⁺, orange Fe³⁺.

pH

Le pH mesure l’acidité d’une solution sur une échelle de 0 à 14. À 7, elle est neutre. En dessous de 7, elle est acide, et plus le pH est petit, plus elle est acide. Au-dessus de 7, elle est basique. On le mesure avec du papier pH ou un pH-mètre. Ajouter de l’eau à une solution acide fait monter son pH vers 7.

Transformation chimique et conservation de la masse

Dans une transformation chimique, les réactifs disparaissent et les produits apparaissent. Les atomes se réarrangent sans disparaître, donc la masse totale se conserve dans un récipient fermé : 12 g de carbone et 32 g de dioxygène donnent 44 g de dioxyde de carbone. Une équation est équilibrée quand chaque atome est en même nombre de chaque côté : CH₄ + 2 O₂ donne CO₂ + 2 H₂O, avec 1 C, 4 H et 4 O de chaque côté. Si la masse baisse dans un récipient ouvert, un gaz s’est échappé.

Les questions des élèves de 3e

Faut-il apprendre les formules par cœur ?

Oui, apprends au moins celles du tableau. Un énoncé en fournit parfois certaines, mais tu ne peux pas le savoir à l’avance. Écris chaque formule avec ses unités sur une fiche, puis refais le tableau de mémoire tous les deux jours.

Quelle valeur de g utiliser : 9,8 ou 10 ?

Prends la valeur donnée dans l’énoncé. S’il n’en donne aucune, utilise 9,8 N/kg, la valeur sur Terre. Avec 10 N/kg, le poids d’une masse de 0,45 kg passerait de 4,41 N à 4,5 N, soit environ 2 % de plus.

Comment savoir si une solution est acide sans pH-mètre ?

Utilise du papier pH ou un indicateur coloré. Le bleu de bromothymol est jaune dans une solution acide, vert dans une solution neutre et bleu dans une solution basique. Compare la couleur obtenue avec l’échelle fournie pour estimer le pH.

Une leçon de l’équipe Révision Brevet.