Les questions faisant a - e

PARTIEL D’ÉLECTROMAGNÉTISME
CHEMIST1
2017-03-17
Cet examen est un QCM (Question à Choix Multiples). Les questions faisant apparaître le symbole
••
• peuvent présenter zéro, une ou plusieurs bonnes réponses. Les autres ont une unique bonne
réponse.
À chaque question, on donne un temps indicatif [entre crochets] correspondant au temps qu’il est
raisonnable d’y consacrer.
Vous indiquerez vos réponses sur la feuille réponse que vous rendrez en fin d’épreuve.
DURÉE : 1 H 20 mn
Quelques données
— Champ de pesanteur terrestre g = 9, 8 m.s 2 ;
1
— Constante électrique
= 9.109 (SI) ;
4⇡✏0
— Charge élémentaire e = 1, 6.10 19 C ;
— Masse de l’électron me = 9, 1.10 31 kg ;
— Champ créé par un dipôle électrique dans l’approximation dipolaire :
!
E =
1
!) u
!
[(3!
p ·u
r r
4⇡✏0 r3
!
p]
Question 1 [5 mn]
On modélise un atome d’hydrogène par un proton de charge e autour duquel gravite un électron sur
une orbite circulaire de rayon a. Le proton est considéré fixe dans le référentiel d’étude considéré
galiléen. L’énergie mécanique de l’électron vaut :
A
e2
4⇡✏0 a
B
e2
16⇡✏0 a
e2
8⇡✏0 a
C
e2
2⇡✏0 a
D
Question 2 [4 mn]
Dans une région de l’espace, règne un champ électrique dont l’expression cartésienne s’écrit
!
!
!
E = E0 (x u!
x + y uy + z uz )
A
B
C
D
Les lignes de champ
Il s’agit d’un champ
Ce champ dérive du
Il s’agit d’un champ
Question 3
sont des cercles de centre O.
uniforme.
potentiel électrique V (x, y, z) = E0 (x2 + y 2 + z 2 ).
radial
[3 mn]
q•
Trois particules chargées sont disposées aux sommets d’un
triangle équilatéral de côté a. Ces particules portent les
charges q, q et -2q.
Donner l’expression de l’énergie électrostatique de ce système de charges.
A
3q 2
4⇡✏0 a
B
3 q2
2 4⇡✏0 a
• -2q
p
2q 2 3
4⇡✏0 a2
C
q•
4q
4⇡✏0 a
D
Question 4 ••
[4 mn]
•
On donne quelques propriétés du potentiel électrique. Indiquez celles qui sont justes.
A Deux équipotentielles différentes peuvent se couper.
B Un plan de symétrie d’une distribution de charges est nécessairement une surface équipotentielle.
C Le long d’une équipotentielle, la valeur du potentiel électrique reste constante.
D Les lignes de champ électriques coupent les surfaces équipotentielles à angle droit.
E Aucune de ces réponses n’est correcte.
Question 5 [10 mn]
Un pendule électrostatique est constitué de deux sphères
identiques chacune relié à un point fixe O par un fil sans
masse de longueur ` = 10 cm. Lorsque l’on charge les sphères,
les deux fils s’écartent d’un angle ↵ = 60˚. Sachant que
chaque sphère présente une masse m = 15 g et une même
charge q, calculer q.
A
q = 6, 2 nC
B
q = 0, 18 µC
C
q = 12, 7 C
O
•
↵
D
!
g
q = 0, 31 µC
Question 6
••
•
[15 mn]
Un faisceau d’électrons pénètre dans une région où règne un
champ électrique uniforme. Il arrive en A avec une vitesse
v0 = 10 000 km.s 1 et sort en B avec une vitesse !
v . On a
représenté quelques équipotentielles tous les centimètres.
B
100 V
•
50 V
A•
A
B
C
D
E
!
v
150 V
1cm
0V
!
v0
Le champ électrique est dirigé vers le bas.
La vitesse v vaut 11,6 103 km.s 1 .
Le champ électrique vaut 5 kV.m 1 .
Le vecteur vitesse !
v fait un angle ↵ ' 30˚ avec l’horizontale.
Aucune de ces réponses n’est correcte.
Question 7 ••
[4 mn]
•
On donne quelques propriétés du champ électrique. Indiquez celles qui sont justes.
A Une ligne de champ électrique est une courbe qui, en tout point, a une tangente dans la
direction du champ électrique en ce point.
B Si deux lignes de champ électriques se croisent en un point, alors le champ électrique est nul
en ce point.
C Les lignes de champ d’un champ électrique uniforme, sont des droites parallèles entre elles.
D Le long d’une ligne de champ électrique, la valeur du champ électrique reste constante.
E Aucune de ces réponses n’est correcte.
Question 8 [10 mn]
Calculer l’énergie potentielle d’interaction entre deux molécules d’eau distantes de 300 pm et
présentant des moments dipolaires antiparallèles (opposés) de valeur 6, 2.10 30 C.m.
A
B
-1,4 eV
-80 meV
C
-267 MeV
D
1,5 eV
Question 9 [5 mn]
On place une charge électrique q1 = 2 nC en A et une charge q2 = 4 nC en B. Ces deux points
étant distants de d = 6 cm, que vaut le champ électrique qui règne au milieu du segment [AB] ?
A
60 kV.m
B
1
0 V.m
1
C
40 kV.m
1
D
20 V.m
1
Question 10 ••
[20 mn]
•
On considère un fil semi-infini [AB) uniformément chargé avec une densité linéique . On se place
en un point M situé au dessus de A à la distance a. Que peut-on dire du champ électrique créé par
le fil en M ?
!
dE
y
•
M
a ✓
P
A
A
B
C
D
E
Son intensité vaut E = 4⇡✏0 a
Sa composante suivant y vaut Ey = 4⇡✏0 a
Son intensité vaut E = 4⇡✏0 a2
Sa composante suivant x vaut Ex = 4⇡✏0 a
Aucune de ces réponses n’est correcte.
...
x
↵
y
+1/5/56+
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
y
codez votre numéro d’étudiant
ci-contre, et inscrivez votre nom et prénom
ci-dessous.
Nom – prénom : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Feuille Réponses
Noircissez (ne vous contentez pas de cocher avec une croix) les cases qui correspondent au réponses
justes.
Question 1 :
A
B
C
D
Question 2 :
A
B
C
D
Question 3 :
A
B
C
D
Question 4 :
A
B
C
D
Question 5 :
A
B
C
D
Question 6 :
A
B
C
D
E
Question 7 :
A
B
C
D
E
Question 8 :
A
B
C
D
Question 9 :
A
B
C
D
Question 10 :
y
A
B
C
D
E
E
y