chap3-exo_bilan_force_electrique_1sbc.doc

1SBC Cours
Physique
Chap 3 : révision du Devoir Surveillé :
exercices bilan (45 mn) L.F.A de Fribourg
Cuvée 2007/2008
LELLOUCHE Virgile
Classe de 1SBC2
PHYSIQUE : DEVOIR n° 3 (45 mn)
* Apéritif (4 pts)
1) Dessiner quelques lignes de champs électrique pour les 2 charges
ponctuelles suivantes : a) Q > 0 b) Q < 0
2) Représenter au point M le vecteur champ électrique (sans se soucier de
l'échelle) ainsi que la force électrique (sans se soucier de l'échelle)
subie par une charge témoin q < 0 [pic] [pic]
* Exercice 1 (6 pts)
1. Donner l'expression vectorielle de la force de coulomb s'exerçant entre
2 corps ponctuels A et B de charges respectives qA et qB situés à la
distance r l'un de l'autre. Expliquer bien chacun des termes qui figurent
dans la formule.
2. En déduire l'expression vectorielle du champ électrique exercé par la
charge A sur la charge B
3. Calculer la valeur de ce champ si qA = 5,00 ?C et r = 10,0 cm. On
donnera 3 chiffres significatifs
4. Calculer la valeur de l'intensité de la force électrique subie par la
charge B si qB = 2,4 mC. On donnera 2 chiffres significatifs
* Exercice 2 (10 pts)
| | |
|2 plaques métalliques verticales parallèles | |
|(A) et (B) séparées d'une distance d = 3,45 | |
|cm sont portées aux potentiels VA = - 500 V| |
|et VB = + 500 V. Ces 2 plaques forment un | |
|condensateur plan. | |
|On rappelle que la tension UAB = VA - VB | |
| | |
|1. Donner les caractéristiques (sens, | |
|direction et norme) du champ électrique | |
|entre les armatures du condensateur et | |
|dessiner quelques lignes de champs | |
2. On insère entre les 2 plaques un pendule d'un fil de masse négligeable
auquel est accroché une petite boule de masse m = 2,5 g. Initialement la
boule ne porte pas de charges électriques et le pendule est vertical.
On apporte ensuite à la boule une charge q = - 0,50 ?C. Le pendule
s'incline alors d'un angle ? ' 30° vers la droite par rapport à la position
précédente. a. Sur la figure précédente, dessiner le pendule en équilibre ainsi que
les forces exercées sur la boule
b. Calculer l'intensité du champ électrique pour que le fil s'incline
d'un angle ? ' 30° vers la droite par rapport à la verticale On prendra
g = 10 m.s-2
c. De quel angle le fil s'incline-t-il par rapport à la verticale Si le
champ a une valeur de 1,0.104 V.m-1 ? On prendra g = 10 m.s-2 1SBC Cours
Physique
Chap 3 :révision du Devoir Surveillé (45 mn) : corrigé des
exercices bilan L.F.A de Fribourg
Cuvée 2007/2008
LELLOUCHE Virgile
Classe de 1SBC1
PHYSIQUE : Corrigé du DEVOIR n° 3 (45 mn)
* Apéritif cf cours
* Exercice 1
1. [pic] (en vecteur)
Un dessin est recommandé pour énoncer cette loi de façon complète et il
faut préciser la signification de chaque terme
(1/(4??0) : constante = 9,0.109 SI
qA, qB : charge respective des corps A et B (en C) et r = AB: distance
entre les 2 corps (en m) expliqués dans l'énoncé.
[pic] :vecteur unitaire dirigé de A vers B
2. [pic] = qB*[pic] d'où [pic] = [pic] (en vecteur)
3. en intensité E = (1/(4??0)*qA) / r2 = 9,0.109*5,00*10-6 / (0,1002) =
4,50.106 V.m-1 avec 3 CS
4. en intensité FA/B = qB*E = 10800 N = 1,1.104 N avec 2 CS
* Exercice 2
|1. A l'intérieur d'un condensateur plan, le | |
|champ électrique est uniforme : direction ( aux | |
|armatures, sens des potentiels décroissant donc | |
|de B vers A et norme E = |UAB| /d = 1000 / | |
|0,0345 = 2,9.104 V.m-1. | |
|Les lignes de champs sont des droites parallèles| |
|orientées vers la gauche car le champ est | |
|uniforme (il faut le dire !!!). | |
| | |
|2. a. syst {pendule} ref : | |
|terrestre supposé galiléen, | |
|[pic] : [pic], [pic]et [pic] | |
Puisque la boule est en équilibre : [pic]= [pic]+ [pic]+ [pic]= [pic]
le triangle se referme.
b. On peut raisonner avec le triangle fermé ou faire des projections sur
des axes.
Les projections sur les axes (O, x) et (O, y) donnent :
(O,x) : 0 + (- T*sin?) + |q|*E = 0 et (O, y) : (- P) + (T*cos?)
+ 0 = 0
d'où on tire |q| = (T*sin?) / E et P = m*g = (T*cos?)
Finalement on trouve : |q| = m*g* tan? / E d'où E = m*g* tan? / |q|
= 2,5.10-3(kg)*10*tan30° / 0,50.10-6(C)
= 2,9.104 V.m-1.
c. On utilise la même formule « à l'envers » : tan? = |q|*E / (m*g) =
0,50.10-6(C)*1,0.104 / (2,5.10-3(kg)*10) = 0,20
soit ? = 11,3 ° -----------------------
Fe T P y x B A O Q > 0 M
( q < 0 q < 0 M
( Q < 0 a) b) O y x B A