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Études supérieures • Montréal

Électricité et magnétisme PHS0102, Polytechnique Montréal : exercices corrigés et fiches, chapitre par chapitre

PHS0102 est le cours d'électricité et magnétisme des cours préparatoires de Polytechnique Montréal, l'équivalent du 203-SN2-RE (ancien 203-NYB) du cégep pour les admis qui ne l'ont pas suivi. Ses évaluations ont leur style propre : un contrôle périodique de quatre problèmes sur la charge, le champ, le théorème de Gauss, le potentiel et le courant, des quiz de vingt minutes, puis un examen final cumulatif qui porte surtout sur les condensateurs, les circuits, le magnétisme, l'induction et le courant alternatif. On y attend le calcul vectoriel complet, l'intégrale posée pour une distribution continue de charge ou de courant, et les théorèmes de Gauss et d'Ampère appliqués région par région. Chaque chapitre du cours a ici sa série de dix exercices corrigés et sa fiche de révision, suivies d'un contrôle périodique blanc et d'un examen final blanc, avec calculatrice non programmable et formulaire, comme le jour de l'épreuve.

12 séries d'exercices entièrement corrigés (120 exercices), 12 fiches de révision, 2 examens blancs. Gratuit, sans compte.

  1. 1 La charge électrique et la loi de Coulomb Compter des charges élémentaires, partager une charge par contact entre billes identiques, écrire une force de Coulomb en composantes et trouver son angle sans se tromper de quadrant, additionner les forces de trois ou quatre charges, placer une charge en équilibre sur une droite et juger sa stabilité, résoudre un pendule électrique, calculer l'énergie potentielle d'un système de charges. Deux problèmes au format du contrôle périodique. Fiche
  2. 2 Le champ électrique Le champ de charges ponctuelles en composantes, puis les distributions continues intégrées pas à pas : tige centrée puis prolongée, arc de 135°, disque et plan infini, demi-cercle de densité en cosinus, fil en épingle à deux branches semi-infinies, tige de densité croissante avec deux charges. Un électron lancé entre deux plaques et la molécule d'eau vue comme un dipôle complètent la série. Fiche
  3. 3 Le théorème de Gauss Le flux à travers un disque incliné, un hémisphère et une boîte dans un champ non uniforme, la cellule chargée d'un nuage dont la densité décroît vers le bord, une boule isolante dans une coquille conductrice, un cylindre creux chargé avec un fil sur son axe, une plaque épaisse et la nappe qui l'équilibre. Puis des problèmes de contrôle : un plan et un fil en composantes, une coquille isolante de charge opposée, cinq affirmations à corriger, le compteur Geiger-Müller et les plaques d'un séparateur électrostatique. Fiche
  4. 4 Le potentiel électrique Potentiel de charges ponctuelles et travail extérieur avec son signe, différence de potentiel par intégrale sur deux chemins, potentiel d'un arc à densité non uniforme et d'une tige, champ tiré du gradient, conservation de l'énergie et distance minimale d'approche, potentiel d'une coquille épaisse intégré depuis le champ de Gauss, sphères reliées et effet de pointe. Dix exercices corrigés, réponses vérifiées en ligne. Fiche
  5. 5 Condensateurs et diélectriques Démontrer la capacité d'un condensateur sphérique, plan et coaxial par le théorème de Gauss et une intégrale, réduire un réseau et trouver la tension que chaque condensateur supporte, glisser un diélectrique pile branchée puis condensateur isolé, relier deux condensateurs chargés par des armatures de même signe ou de signes opposés, et faire le bilan d'énergie pile comprise : membrane cellulaire, microphone à condensateur, capteur de niveau. Fiche
  6. 6 Courant et résistance Le courant comme débit de charge, la vitesse de dérive calculée par la masse volumique et le nombre d'Avogadro, la résistivité qui varie avec la température dans un sens ou dans l'autre, la résistance d'un conducteur conique et d'une couche à courant radial par intégration, une densité de courant non uniforme, la puissance et le coût. Deux problèmes au format du contrôle périodique : un toron d'aluminium à courant imposé, un filament de carbone à tension imposée. Fiche
  7. 7 Circuits à courant continu et circuits RC Écrire un système de Kirchhoff sans se tromper de signe et interpréter un courant négatif, réduire un réseau où une résistance est court-circuitée, mesurer la résistance interne d'une batterie au démarrage, lire un ampèremètre et un voltmètre réels, équilibrer un pont de Wheatstone. Pour le circuit RC : charge et décharge, états juste après et longtemps après, constante de temps vue par le condensateur, énergie dissipée. Fiche
  8. 8 Le champ magnétique La force magnétique calculée en composantes par le déterminant, un champ retrouvé à partir de deux mesures, l'hélice d'un électron d'aurore, la force de Laplace sur un fil courbe par intégrale, le couple et l'énergie d'une bobine, un séparateur d'isotopes, un cyclotron médical et un capteur à effet Hall. Fiche
  9. 9 Les sources du champ magnétique Biot et Savart posé étape par étape sur un segment fini, une épingle et une spire, champ et force de plusieurs fils en composantes, forces sur une boucle triangulaire près d'un long fil, théorème d'Ampère pour un conducteur épais, un câble coaxial à densité de courant non uniforme, un solénoïde d'IRM et un tore. Dix exercices corrigés, avec vérification des réponses en ligne. Fiche
  10. 10 L'induction électromagnétique Le flux magnétique posé par une intégrale près d'un fil, la loi de Faraday avec un champ qui varie, la loi de Lenz pour trancher le sens du courant, la tige tirée sur des rails, le cadre qui traverse une région de champ et le graphe de sa f.é.m., l'alternateur, la bobine autour d'un solénoïde et le champ électrique induit, la vitesse limite d'une tige entraînée par une masse et un frein magnétique. Dix exercices corrigés pas à pas, avec vérification des réponses en ligne. Fiche
  11. 11 L'inductance Démontrer l'auto-inductance d'un solénoïde, d'un tore à section rectangulaire et d'un câble coaxial, calculer une inductance mutuelle sans se tromper d'aire, intégrer l'énergie magnétique, puis résoudre les circuits RL et LC : états juste après une manœuvre, constante de temps, échange d'énergie. Deux problèmes en situation : la bobine d'allumage et la boucle de détection des véhicules. Fiche
  12. 12 Les circuits en courant alternatif Lire deux sinusoïdes à l'oscilloscope, calculer réactances et impédance d'un circuit RLC série, dessiner le diagramme des phaseurs, trouver la résonance et la largeur de bande, la puissance moyenne et le facteur de puissance, dimensionner un filtre de répartition et un transformateur, accorder un récepteur radio. Fiche

Quand les chapitres sont faits

Une épreuve complète, en conditions d'examen. À faire une fois derrière vous les chapitres qu'elle couvre : elle mesure ce que vous savez faire sur une question jamais vue.

Examen blanc

Contrôle périodique blanc

Un contrôle périodique blanc au format de PHS0102 : quatre problèmes de 25 points en 1 h 50 sur la loi de Coulomb, le champ électrique, le théorème de Gauss, le potentiel, le courant et la résistance. Potentiel, travail et forces en composantes sur une charge amenée de l'infini près de trois billes, puis partage au contact, champ d'un quart de cercle de densité λ₀ sin 2θ par intégration, champ par régions d'un cylindre isolant de densité ρ = a r dans une gaine conductrice, résistivité et échauffement d'un bobinage de cuivre jusqu'au seuil de coupure. Calculatrice permise, réponses vérifiables en ligne.

  • 4 exercices
  • 100 points
  • 110 minutes
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Examen blanc

Examen final blanc

Un examen final blanc complet de PHS0102, au format de l'épreuve de 2 h 30 : un circuit RC à deux branches, un sélecteur de vitesse suivi d'un spectromètre de masse, le théorème d'Ampère pour un fil placé sur l'axe d'un tube conducteur, une tige qui tombe entre deux rails, un solénoïde basculé d'un circuit RL sur un condensateur et un circuit RLC série en régime sinusoïdal, puis cinq questions courtes sur la loi de Coulomb, le théorème de Gauss, le potentiel, la résistivité et la loi de Lenz. Barème, corrigé complet et vérification des réponses.

  • 11 exercices
  • 100 points
  • 150 minutes
Passer l'épreuve

Ce qu'il faut tenir avant

Le programme de Électricité et magnétisme, Polytechnique (PHS0102) s'appuie sur 7 chapitres venus d'avant. Ce ne sont pas des révisions de confort : chacun est le point d'appui d'un chapitre listé ci-dessus, et un élève qui décroche en cours d'année décroche presque toujours sur l'un d'eux. Tous ont leur fiche de révision, à lire d'une traite avant la rentrée.

Première, Physique-chimie

Terminale, Mathématiques

Terminale, Physique-chimie

Algèbre linéaire et géométrie vectorielle 201-SN4-RE (ancien 201-NYC)

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