CORRECTION DU CONTRÔLE N°8 DE
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CORRECTION DU CONTRÔLE N°8 DE PHYSIQUE du vendredi 25 mars 2016 I interactions fondamentales (9 pts ; 20 min) 1°) (1 pt) a) L'interaction forte est responsable de la cohésion du noyau. b) c) d) L'interaction électromagnétique est responsable de la cohésion de la matière à l'échelle de l'atome, de la molécule et à notre échelle. e) f) L'interaction gravitationnelle est responsable de la cohésion d'une planète, d'une étoile et du système solaire. 2°) (3 pts) L'interaction gravitationnelle s'exerce entre corps massif. Elle est toujours attractive et a une grande portée. L'intensité de l'interaction gravitationnelle est beaucoup plus faible que celle de l'interaction électrique (1039 fois plus faible entre un électron et un proton). L'interaction électrique s'exerce entre corps chargé électriquement. Elle peut être attractive ou répulsive, sa portée est très grande. L'intensité de l'interaction électrique est beaucoup plus importante que celle de l'interaction gravitationnelle, mais moins importante que l'interaction forte. L'interaction forte s'exerce entre nucléons. Elle est attractive, sa portée est très faible (de l'ordre de 10-15 m). Comme son nom l'indique, l'interaction forte a une intensité plus importante que les autres interactions (de l'ordre de 100 à 1000 fois plus intense que l'interaction électrique). 3°) a) (2 pts) Caractéristiques de la force électrique exercée par A sur B : Point d'application : le point B où est situé la particule de charge qB Direction : la droite (AB) joignant les deux particules Sens : de B vers A si les particules ont des charges de signes contraires, dans l'autre sens si les particules ont des charges de même signe Valeur : F = k qA qB / d2 b) (0,5 pt) Le sens de la force est modifié si le signe de la charge qB est modifié. c) (0,5 pt) La valeur de la force est quatre fois plus faible si la charge qA est quatre fois plus faible. d) (0,5 pt) La valeur de la force est neuf fois plus faible si la distance entre les deux particules est trois fois plus grande. 4°) a) (1 pt) Expression vectorielle de la force gravitationnelle exercée par le Soleil sur un objet r ponctuel P : F G r mM S r uPO avec uPO vecteur unitaire dirigé de P vers O. 2 d Caractéristiques de la force gravitationnelle exercée par le Soleil sur un objet ponctuel P : Point d'application : le point P Direction : la droite (OP) joignant le centre du Soleil et l'objet ponctuel Sens : de P vers O Valeur : F G mM S d2 r r F M r b) (0,5 pt) expression vectorielle du champ gravitationnel crée par le Soleil au point P : G G S uPO m d2 Caractéristiques du champ gravitationnel crée par le Soleil au point P : Point d'application : le point P Direction : la droite (OP) joignant le centre du Soleil et l'objet ponctuel Sens : de P vers O Valeur : G F m G MS d2 II Accélération et déflexion d’un électron (11 pts ; 25 min) 1. Comparaison de l’effet des champs a. (1 pt) valeur du poids de l’électron : P = me g P = 910-31 10 = 910-30 N r r b. (1 pt) valeur de la force électrostatique subie par l’électron : Fe = qe E (car Fe qeE ) Fe = 1,6010-19 1000 = 1,6010-16 N c. (1 pt) Le rapport Fe / P est de l'ordre de 10-16 / 10-29 = 1013 d. La force électrique est de l'ordre de 1013 fois pus grande que le poids de l'électron. Son poids est donc négligeable par rapport à la force électrique. 2. Etude du premier condensateur r E a. (1,5 pt) Le champ électrostatique est uniforme entre les armatures du premier condensateur. r Le champ électrostatique E est orthogonal aux armatures du condensateur, dirigé de l'armature r F positive vers l'armature négative (donc de S vers D) et r de valeur E = 1000 Vm-1 (Le vecteur champ E est représenté en vert sur le schéma). r E r F E = U1 / d1. b. (1 pt) On en déduit la tension U1 entre les deux plaques : U1 = E d1 c. A.N. : U1 = 1000 0,100 = 100 V d. (1,5 pt) La seule force subie par l’électron est la force électrique (puisque le poids est r r r r négligeable). Fe qeE avec qe < 0. On en déduit que la force Fe et le champ E ont même r direction mais un sens opposé. La force Fe a pour direction la droite (DS) et pour sens de D vers S. (La force est représentée en bleue sur le schéma). e. (1 pt) un proton a une charge positive. La force qu'il subit aurait donc le même sens que le vecteur champ électrique. On ne pourrait donc pas accélérer le proton entre D et S. Pour que le dispositif fonctionne, il faudrait inverser les charges des deux plaques du condensateur. f. (0,5 pt) Le neutron n'étant pas chargé, il ne peut pas subir de force électrique dans le condensateur, on ne peut donc pas l'accélérer avec ce dispositif. 3. Étude du second condensateur r a. (0,5 pt) Le vecteur champ E est représenté en vert sur le schéma. b. (0,5 pt) tension aux bornes du second condensateur : U2 = E d2 U2 = 1000 0,200 = 200 V c. (0,5 pt) La force électrique subie par l’électron est représentée en bleue sur le schéma. d. (0,5 pt) La trajectoire de l’électron (en bleu) est incurvée vers la plaque positive. e. (0,5 pt) La trajectoire d'un proton (en orange) est incurvée vers la plaque négative.
