Une question de physique du Concours Avenir se traite toujours de la même façon : tu poses la loi du chapitre, tu mènes le calcul en lettres, puis tu contrôles l'unité et l'ordre de grandeur avant de cocher. Exemple : une pierre lâchée sans vitesse tombe de 20 m ; la conservation de l'énergie mécanique donne $v = \sqrt{2gh} = \sqrt{2 \times 9{,}8 \times 20} \approx 20$ m/s, et une proposition à 200 m/s, ou exprimée en joules, s'écarte d'office. Comme une erreur coûte un point, tu ne coches jamais au hasard.
Le sujet de physique en bref
Si tu suis les spécialités mathématiques et physique-chimie, ton épreuve de sciences est le sujet de physique. Elle dure une heure, avec le coefficient 4, contre 6 pour les mathématiques. Le sujet aligne 40 questions, et tu en traites 30.
Chaque question propose quatre réponses, dont une seule est juste. Une bonne réponse rapporte un point, une mauvaise en retire un, une question laissée blanche ne compte pas. Ces règles sont fixées sur la page du concours pour les terminales générales.
Le sujet de physique ne contient aucune question de chimie : les acides et la synthèse organique restent pour le bac.
Les dix questions en trop ont une raison. Les écrits ont lieu avant la fin de la terminale (la session 2027 est annoncée pour le samedi 17 avril 2027) : tu choisis les questions des chapitres déjà vus en classe. Commence par parcourir les 40 énoncés pour les repérer. Une heure pour 30 questions, cela fait deux minutes par question.
Cocher ou s'abstenir : le calcul qui décide
Le barème se traite comme une espérance en probabilités. Au hasard parmi quatre propositions, tu gagnes un point une fois sur quatre et tu en perds un trois fois sur quatre :
$$\frac{1}{4} \times 1 + \frac{3}{4} \times (-1) = -\frac{1}{2}$$
Un demi-point perdu par question, en moyenne. Entre deux propositions restantes, la moyenne tombe à $\dfrac{1}{2} - \dfrac{1}{2} = 0$ : aucun gain, seulement du risque.
Règle : avec une probabilité $p$ d'avoir juste, cocher rapporte en moyenne $p - (1 - p) = 2p - 1$ point. Tu coches quand $p > \dfrac{1}{2}$, donc quand une proposition l'emporte nettement sur les autres. Sinon, tu laisses blanc.
Les chapitres qui tombent
Le sujet couvre la partie physique du programme de physique-chimie de terminale (Bulletin officiel spécial n° 8 du 25 juillet 2019). Les notions de première, comme l'énergie cinétique ou le travail d'une force, y servent d'outils.
| Chapitre | Ce qu'on te demande | Relations clés |
|---|---|---|
| Mouvement | vecteurs vitesse et accélération, chute libre, particule chargée dans un champ électrique uniforme | $\sum \vec{F} = m\vec{a}$ ; $\vec{F} = q\vec{E}$ |
| Satellites et planètes | orbite circulaire, période, troisième loi de Kepler | $v = \sqrt{\dfrac{GM}{r}}$ ; $\dfrac{T^2}{r^3} = \dfrac{4\pi^2}{GM}$ |
| Fluides | poussée d'Archimède, débit, relation de Bernoulli | $\vec{\Pi} = -\rho_{\text{fluide}}\,V\,\vec{g}$ ; $D_V = S\,v$ |
| Thermodynamique | gaz parfait, premier principe, transferts thermiques | $PV = nRT$ ; $\Delta U = W + Q$ ; $\Delta U = C\,\Delta T$ |
| Ondes | niveau d'intensité sonore, diffraction, interférences, effet Doppler | $L = 10\log\dfrac{I}{I_0}$ ; $\theta = \dfrac{\lambda}{a}$ |
| Lumière | lunette astronomique, photon, effet photoélectrique | $E = h\nu = \dfrac{hc}{\lambda}$ ; $G = \dfrac{f'_1}{f'_2}$ |
| Circuit RC | charge et décharge d'un condensateur | $q = C\,u_C$ ; $i = \dfrac{dq}{dt}$ ; $\tau = RC$ |
| Mesure | incertitude-type, comparaison à une valeur de référence | $\dfrac{|m_{\text{mes}} - m_{\text{ref}}|}{u(m)}$ |
Certaines relations, le programme les dit fournies ou données : celle de Bernoulli, la loi de refroidissement de Newton, le champ dans un condensateur plan. Tu apprends à t'en servir, pas à les réciter.
La méthode, question par question
Étape 1 : Repère le chapitre et la loi. Une orbite circulaire appelle la deuxième loi de Newton avec une accélération $\dfrac{v^2}{r}$ ; une fente éclairée par un laser appelle $\theta = \dfrac{\lambda}{a}$.
Étape 2 : Mène le calcul en lettres et ne remplace par les nombres qu'à la fin. Une expression littérale se vérifie, un nombre non.
Étape 3 : Vérifie l'unité. $\sqrt{\dfrac{GM}{r}}$ doit donner des $\text{m}\cdot\text{s}^{-1}$ ; $\dfrac{\lambda}{a}$ n'a pas d'unité, c'est un angle en radians.
Étape 4 : Calcule avec des puissances de dix, puis compare aux propositions. Une tension de condensateur plus grande que celle du générateur, ou une bille plus rapide qu'un avion, signale une erreur avant même la liste.
Ton nombre peut figurer dans la liste même s'il est faux : un facteur 2 oublié ou une puissance de dix ratée donnent aussi des valeurs qui ont l'air propres. Dans les exercices plus bas, chaque mauvaise proposition vient d'une erreur précise.
Piège classique : convertis chaque donnée en unité du système international avant le calcul : $1\,\text{nm} = 10^{-9}\,\text{m}$, $1\,\text{mm} = 10^{-3}\,\text{m}$, $1\,\mu\text{F} = 10^{-6}\,\text{F}$, $1\,\text{k}\Omega = 10^{3}\,\Omega$. Et pour un satellite, le rayon de l'orbite se mesure depuis le centre de la Terre : $r = R_T + h$, jamais $h$ seul.
Exercices corrigés
Au format de l'épreuve : quatre propositions, une seule juste. Cherche sur ta feuille avant d'ouvrir la correction.
Exercice 1 : Un laser de longueur d'onde $\lambda = 633$ nm éclaire une fente de largeur $a = 0{,}10$ mm. La figure de diffraction se forme sur un écran à $D = 2{,}0$ m de la fente. Quelle est la largeur de la tache centrale ?
A. 2,5 mm ; B. 1,3 cm ; C. 2,5 cm ; D. 25 cm
Correction :
L'angle caractéristique vaut $\theta = \dfrac{\lambda}{a} = \dfrac{633 \times 10^{-9}}{0{,}10 \times 10^{-3}} \approx 6{,}3 \times 10^{-3}$ rad. La tache centrale s'étend de $-\theta$ à $+\theta$ autour de l'axe, et pour un angle aussi petit, $\tan\theta \approx \theta$. Sa largeur vaut donc $L = 2D\theta = 2 \times 2{,}0 \times 6{,}3 \times 10^{-3} \approx 2{,}5 \times 10^{-2}$ m, soit 2,5 cm. Réponse C.
Oublier le facteur 2 donne la B, et une puissance de dix ratée sur le nanomètre ou le millimètre mène à la A ou à la D.
Exercice 2 : Une bille roule sur une table et quitte le bord avec une vitesse horizontale $v_0 = 2{,}0$ m/s. Le plateau est à $h = 1{,}25$ m du sol. On néglige l'action de l'air et on prend $g = 9{,}8\,\text{m}\cdot\text{s}^{-2}$. À quelle distance horizontale du bord de la table touche-t-elle le sol ?
A. 0,51 m ; B. 0,71 m ; C. 1,0 m ; D. 2,0 m
Correction :
Seul le poids agit, donc $\vec{a} = \vec{g}$. Origine au bord de la table, axe $(Ox)$ horizontal, axe $(Oy)$ vers le haut : $x(t) = v_0 t$ et $y(t) = -\dfrac{1}{2}gt^2$.
La bille touche le sol quand $y = -h$, soit $t = \sqrt{\dfrac{2h}{g}} = \sqrt{\dfrac{2 \times 1{,}25}{9{,}8}} \approx 0{,}51$ s. Elle a alors parcouru $x = v_0 t \approx 2{,}0 \times 0{,}51 \approx 1{,}0$ m. Réponse C. La A vient d'un calcul sans la racine carrée, la B d'un facteur 2 oublié sous la racine.
Exercice 3 : Un condensateur de capacité $C = 100\,\mu\text{F}$, initialement déchargé, se charge à travers une résistance $R = 10\,\text{k}\Omega$ sous une tension constante $E = 12$ V. Quelle est la tension à ses bornes 1,0 s après le début de la charge ?
A. 4,4 V ; B. 6,0 V ; C. 7,6 V ; D. 12 V
Correction :
Le temps caractéristique vaut $\tau = RC = 10 \times 10^{3} \times 100 \times 10^{-6} = 1{,}0$ s : on te demande la tension à $t = \tau$. Pendant la charge, $u_C(t) = E\left(1 - e^{-t/\tau}\right)$, solution de $RC\dfrac{du_C}{dt} + u_C = E$. À $t = \tau$, $u_C = 12 \times \left(1 - e^{-1}\right) \approx 12 \times 0{,}63 \approx 7{,}6$ V. Réponse C.
La A, $12\,e^{-1} \approx 4{,}4$ V, applique la formule de la décharge. La D suppose le condensateur chargé au bout de $\tau$ : il ne l'est qu'à 63 %, et il faut environ $5\tau$ pour dépasser 99 %.
Exercice 4 : Un satellite de masse $m$ décrit une orbite circulaire à l'altitude $h = 3{,}6 \times 10^{6}$ m. On donne le rayon de la Terre $R_T = 6{,}4 \times 10^{6}$ m et $GM_T = 4{,}0 \times 10^{14}\,\text{m}^3\cdot\text{s}^{-2}$, où $G$ est la constante de gravitation et $M_T$ la masse de la Terre. Quelle est la vitesse du satellite ?
A. $6{,}3 \times 10^{3}$ m/s ; B. $7{,}9 \times 10^{3}$ m/s ; C. $1{,}1 \times 10^{4}$ m/s ; D. $4{,}0 \times 10^{7}$ m/s
Correction :
Dans le référentiel géocentrique, le satellite ne subit que l'attraction de la Terre, dirigée vers le centre de l'orbite, donc perpendiculaire à la vitesse : le mouvement est uniforme et l'accélération vaut $\dfrac{v^2}{r}$. La deuxième loi de Newton donne $\dfrac{GM_T\,m}{r^2} = m\dfrac{v^2}{r}$, donc $v = \sqrt{\dfrac{GM_T}{r}}$.
Le piège : $r$ se mesure depuis le centre de la Terre, donc $r = R_T + h = 1{,}0 \times 10^{7}$ m. Alors $v = \sqrt{\dfrac{4{,}0 \times 10^{14}}{1{,}0 \times 10^{7}}} = \sqrt{4{,}0 \times 10^{7}} \approx 6{,}3 \times 10^{3}$ m/s. Réponse A.
Avec $r = R_T$, tu trouves la B ; avec $r = h$, la C ; sans la racine carrée, la D, plus de dix pour cent de la vitesse de la lumière.
Pour la suite, entraîne-toi sur de vrais sujets : les annales du concours s'obtiennent en remplissant un formulaire sur sa page d'annales.
À retenir
À retenir :
- Sujet de physique : une heure, 30 questions à traiter parmi 40, quatre propositions dont une juste, aucune question de chimie.
- Barème $+1$, $-1$ ou $0$ : tu coches seulement si tu as plus d'une chance sur deux d'avoir raison.
- Programme : la physique de terminale, du mouvement au circuit RC, avec les notions de première comme outils.
- Pour chaque question : la loi, le calcul en lettres, l'unité, puis les puissances de dix.
- Tout en unités du système international ; le rayon d'une orbite part du centre de la Terre.
Sources
- Concours Avenir, page des candidats de terminale générale (durée, nombre de questions, barème, absence de chimie, date des écrits 2027) : site officiel du concours.
- Programme de physique-chimie de terminale générale, Bulletin officiel spécial n° 8 du 25 juillet 2019 : texte sur education.gouv.fr.