Champ et force, travail de la force électrostatique 2017-2018
Champ et force electrostatique travail de la force electrostatique 2017 2018 (1.37 Mo)
IA Pikine Guédiawaye Année Scolaire 2017-2018
Lycée de Thiaroye : Cellule de SP Classe de 1S2
TD : Champ et force électrostatique, travail de la force électrostatique
Exercice 1 :
Partie A :1- Enoncer la loi de coulomb et donner son expression.
2- Définir la notion d’espace champ électrostatique.
3-On considère deux charges ponctuelles q et q’distantes de d qui exercent l’une sur l’autre des forces d’attraction et d’intensité commune F = F’ = 1,0.10-6N
Quelle est la nouvelle valeur de l’intensité de ces deux forces :
a) Si on réduit la distance d de moitié.
b) Si on double la charge q. Conclure
Partie B :Soit un repère orthonormé .....Télécharger le document complet en PDF ci dessus......
On place en O une charge électrique q1 = 2.10-8C ; on note qu’elle est soumise à une force électrostatique .....Télécharger le document complet en PDF ci dessus......orientée selon d’intensité = 4.10-6N.
1-Quelles sont les caractéristiques du vecteur champ électrique en O ?
2-La source du champ précédent est remplacée par une autre qui crée sur une nouvelle chargeq2 = -5.10-8C placée en O une force .....Télécharger le document complet en PDF ci dessus...... d’intensité = 5.10-6N orientée selon.....Télécharger le document complet en PDF ci dessus......
.Déterminer les caractéristiques du vecteur champ électrique .....Télécharger le document complet en PDF ci dessus......en O.
3-Quelles sont les caractéristiques du champ résultant de la superposition des deux champs.
Exercice 2 :
1-calculer l’intensité commune des deux forces électrostatiques qui s’excercent entre un proton et un électron d’un atome d’hydrogene. Ces deux forces sont-elles attractives ou repulsives ?
2-comparer l’intensité commune des deux forces au poids de l’atome.
On donne : charge élémentaire q = 1,6.10-19C distance (proton-électron) r = 0,054 nm
M(H) = 1 g/mol ; NA = 6,02 .1023 mol-1 ; g = 10 N/Kg
Exercice 3 :
Sur un axe x’Ox sont placées deux charges ponctuelles +q et -2q respectivement au point O etDéterminer les caractéristiques du vecteur champ électrostatique créés en un point M(x).
Discuter de l’équilibre de la charge ponctuelle q’ (selon son signe) placée sur l’axe.
Exercice 4
Trois charges q1, q2 et q3sont placées aux sommets S1, S2 et S3 d’un triangle rectangle isocèle dont l’hypoténuse est S1S2. Déterminer les caractéristiques du vecteur champ électrique en M (par la méthode analytique puis par la méthode graphique), milieu de S1S2 sachant que l’intensité du champ créé en M par la charge q3 seul vaut 3500V/m.
On donne : q1 = q0 ; q2 = q3 = -q0. Déduire les caractéristiques de la force subie par un ion cuivre II placé en M.
Exercice 5 :
Soit une charge ponctuelle Q1 positive située à l’origine O d’un repère (O, i) et une charge Q2 négative en x=2 m.
Le champ E résultant est égal à 108i N/C en x=1m et -80IN/C en x=3m. Trouver la valeur de Q1 et de Q2.
Exercice 6 :
La somme de deux charges ponctuelles est égale à 8µC. Lorsqu’elles sont à 3cm l’une de l’autre, chacune d’elles est soumise à une force de 150N. Déterminer les valeurs des charges sachant que la force est :
1-Attractive. 2-Répulsive.
Exercice 7 :
Une boule ponctuelle de masse m est accrochée à l’extrémité A d’un fil OA. Elle porte une charge q1.
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On place en un point M une charge ponctuelle q ; le fil s’écarte d’un angle α de la verticale et adopte une nouvelle position d’équilibre. La distance AM est alors égale à r.
Les deux charges se trouvent dans le même plan horizontal.
1-Donner les caractéristiques du vecteur champ électrique créé par la charge q en A.
2-Etudier l’équilibre de la boule et en déduire la valeur de l’angle α. .....Télécharger le document complet en PDF ci dessus......
3-Déterminer la densité volumique de charge de la boule de rayon R.Données numériques : q1=10-8C ; q=2.10-8C ; r=10cm ; m=5g ; g=10SI. R=1cm.
Exercice 8 :
Soit un champ électrostatique uniforme E = 103 V.m-1 ; soit un repère orthogonal (O, , ) tel que = -E. . Une particule a ( He2+) se déplace dans ce champ uniforme du point A ( 1 ; 0 ) au point B ( 4 ; 2 ) l’unité étant le centimètre.
Quel est, en eV puis en MeV, le travail produit par la force électrostatique qui s’exerce sur ce noyau d’hélium ?
Exercice 9:
Soit un champ électrostatique uniforme E = 200 V.m-1, parallèle à l’axe x’Ox et orienté suivant Ox. L’origine des énergies potentielles est prise au point O. Au point A, on a : VA – VO = -10 V. Quelle est l’abscisse de A ? Quelle est l’énergie potentielle d’un proton H+ placé en A ? Quel est le travail de la force électrostatique si on déplace le proton jusqu’au point O ?
Exercice 10:
Dans une cellule photoémissive, des électrons sont émis par une cathode C avec une vitesse initiale vC= 100 km / s.
Ils sont accélérés par un champ électrostatique qui les projette sur une anode A. Calculer leur énergie cinétique en eV et leur vitesse lorsqu’ils arrivent sur l’anode, dans le cas où la d.d.p. entre anode et cathode UAC=100 V .me= 9,1.10-31 kg.
Exercice : 11
Une gouttelette d’huile, de masse m = 8. 10 -5g, est en équilibre entre les deux plaques horizontales A et B d’un condensateur, distantes de d = 1,5 cm, lorsqu’on établit une différence de potentiel de 3 .104 V entre les deux plaques, la gouttelette préalablement chargée avec n électrons. Faire un schéma clair en indiquant les forces qui agissent sur la gouttelette et la polarité des plaques. Calculer n. On donne e = 1,610-19C; g = 9,8 N / kg
Exercice : 12 L’espace est rapportée à un repère ortho normal (.....Télécharger le document complet en PDF ci dessus......
. Dans une région de l’espace autour de O règne un champ électrostatique uniforme = E. tel que E = 2.103 V.m-1.Un proton se déplace d’un point A (-2, 1, -3) en B (6, 1, -2) puis en C (-4, 2, 4). L’unité de mesure est le centimètre.
1- Calculer le travail de la force électrostatique lors du déplacement de A à B ; de B à C ; de A à C.
2- Quelles sont les variations de l’énergie potentielle du système proton dans chacun de ces cas ?
3- Le proton est à l’état de référence quand il est en O ; quelle est son énergie potentielle en A ? en C ?
4- Même question si l’état de référence est en B.
Exercice 13 :Le plan xOy, rapporté au repère orthogonal .....Télécharger le document complet en PDF ci dessus......, est plongé dans un champ électrostatique uniforme dont la direction et le sens sont ceux du vecteur .....Télécharger le document complet en PDF ci dessus......
et de valeur E = 800 V.m-1.Le potentiel électrostatique est nul en O.
1- Calculer les potentiels VA et VB aux points A ( 10, 0) et B (10, 10) ; L’unité de longueur est le cm.
2- On place une charge q = 3 µC dans le champ. Calculer le travail effectué par la force électrostatique agissant sur cette charge lorsqu’elle se déplace de O à A en ligne droite ; puis de A à B ; et enfin de O à B.
N.B. : pour cette question deux méthodes : * par le calcul direct du travail* en utilisant la notion de différence de potentiel.
Exercice 14 :
Des électrons pénètrent en O entre les plaques P1 et P2 à la vitesse horizontale et ressortent en M. Le point O est à la même distance l = 3 cm des deux plaques et v0 = 107 m.s-1.On établit entre les plaques UP1P2 = U = 600 V.
1- Déterminer les caractéristiques du champ électrostatique uniforme entre ces plaques. En déduire les caractéristiques de la force électrostatique qui agit sur un électron ; la comparer à son poids. Justifier le sens de la déviation observée. (Faire une figure)
2- L’axe x’Ox pénètre dans le champ électrostatique en O et ressort en K. la plaque P2 est choisie comme potentiel de référence.
2.1- Déterminer le potentiel en O puis en K .Déduire la d.d.p. entre O et K .Conclure.
2.2- Déterminer le potentiel en M puis en K. En déduire la d.d.p. VM – VK de deux manières sachant que MK = 1,3 cm et déduire la valeur de la d.d.p. Vo – VM.
4- En appliquant le théorème de l’énergie cinétique à un électron entre ses passages en O et en M, calculer la vitesse v acquise par ce dernier à la sortie du champ au point M. On donne : masse de l’électron : m = 9,1.10-31 kg, Charge de l’électron : q = -e = -1,6.10-19 C.
5-Montrer que le système est conservatif.
QUI CHERCHE TROUVE !