Leçon - Learn Alberta

Physique 1 de 17
© 2006 Alberta Education <www.learnalberta.ca>
Leçon – Particule dans un champ
électrique
L’applet Particule dans un champ électrique simule le mouvement d’une
particule chargée dans un champ électrique uniforme.
Préalables
L’élève devrait avoir une connaissance pratique des quantités vectorielles
suivantes : champ électrique, force, accélération, vitesse vectorielle et
déplacement. Il devrait bien connaître aussi la deuxième loi du mouvement de
Newton et les propriétés du mouvement d’un projectile dans le champ
gravitationnel de la terre.
Résultats d’apprentissage
L’élève comprendra comment un champ électrique influe sur le mouvement de
particules chargées et apprendra que, si le champ électrique est uniforme, le
mouvement est analogue à celui d’un projectile dans un champ gravitationnel. Il
apprendra aussi à calculer l’accélération, la vitesse vectorielle et le déplacement
de particules chargées en mouvement dans un champ électrique uniforme.
Directives
L’élève devrait connaître les fonctions de l’applet, telles que décrites dans
l’option Aide.
L’applet devrait être ouvert. Les directives point par point présentées dans le
texte qui suit doivent être exécutées dans l’applet. Il pourrait être nécessaire de
basculer des directives à l’applet et inversement si l’espace écran est limité.
Contenu
Mouvement d’une particule chargée dans un champ électrique
Accélération d’une particule chargée dans un champ électrique

Physique 2 de 17
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Prévision de la position et de la vitesse vectorielle d’une particule chargée dans
un champ électrique
Annexe
Équations du mouvement sous accélération constante
Mouvement d’une particule chargée dans un champ électrique
Quand une particule chargée ayant une vitesse vectorielle uniforme entre dans
un champ électrique, une force électrique modifie son mouvement. Quelle est
exactement la façon dont le mouvement change et en quoi un champ électrique
est-il semblable à un champ gravitationnel?
Nous utiliserons l’applet pour simuler un champ électrique où une particule
chargée peut uniquement être soumise à une force électrique. La force
gravitationnelle n’est pas incluse.
En quoi un champ électrique est-il semblable à un champ gravitationnel? Dans
l’applet :
1. Clique sur Réinitialiser ( ).
2. Place la particule au bas de la fenêtre de l’applet, près du coin gauche.
3. Règle la vitesse vectorielle initiale de la particule à la grandeur de 150 m/s
et à la direction de 60º N de E. (Entre ces valeurs dans la fenêtre de
données appropriée dans l’applet et choisis la direction appropriée parmi
les options du menu déroulant.)
4. Règle la grandeur du champ électrique à 75 V/m et sa direction à 270 º N
de E.
5. Règle la charge et la masse de la particule à 2,0 C et 3,0 kg,
respectivement.

Physique 3 de 17
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6. Clique sur Tracer ( ) et mets en marche ( ) le mouvement avec la
trajectoire de la particule affichée. Tu devrais obtenir une trajectoire telle
que celle illustrée à la figure 1.
Remplis les blancs. Le mouvement semble identique au
mouvement dans le champ de la terre. En effet, les
deux sortes de mouvement sont entièrement analogues.
Similarités entre les champs gravitationnel et électrique
Forces et champs gravitationnels
Forces et champs électriques
Mouvement uniformément
accéléré.
Mouvement uniformément
accéléré.

Physique 4 de 17
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Le champ est relié à la masse
de l’objet créant le champ et diminue
conformément à la loi de l’inverse du
carré.
Le champ est relié à la charge
de l’objet créant le champ et diminue
conformément à la loi de l’inverse du
carré.
La seule différence est que les charges électriques peuvent être positives,
négatives ou nulles, tandis que la masse est toujours positive.
Quel est l’effet d’un
changement du type de
charge sur le mouvement
de la particule qui se
déplace dans le champ
électrique uniforme? Dans
l’applet :
1. Clique sur Répéter
( ) et règle la
charge à -2,0 C. Ne
change aucun autre
paramètre. Clique
sur Mise en marche
( ) et observe la
trajectoire.
2. Compare tes
observations à la
trajectoire 1 sur la
figure 2. La
trajectoire de la
particule est
maintenant courbée
vers la gauche au
lieu de la droite. En
outre, la particule
négative accélère
vers le haut, plutôt
que vers le bas,
comme cela était le
cas auparavant.
3. La particule accélère
maintenant dans la
direction opposée à
Figure 2

Physique 5 de 17
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celle du champ
électrique, parce
que sa charge est
négative. Elle suit
encore le
mouvement d’un
projectile, mais cette
fois, elle « tombe »
vers le haut. Il
n’existe aucun
« pic » dans la
trajectoire dans ce
cas, parce que la
particule est déjà
« en train de
tomber » au début
du mouvement.
4. Pour voir un « pic » ou une trajectoire de « type projectile », clique sur
Répéter ( ) et place la particule dans le coin supérieur gauche de la
fenêtre de l’applet. Ensuite, règle la direction de la vitesse vectorielle
initiale à 60º S de E (et non N de E comme auparavant!). Clique sur Mise
en marche ( ) et observe la trajectoire. Il s’agit de la trajectoire 2 dans la
figure 2. L’accélération est de nouveau dirigée vers le haut, vers l’intérieur
de la trajectoire. La trajectoire 2 est exactement l’inverse de la trajectoire
illustrée à la figure 1.
5. Remarque que, sauf en ce qui concerne la direction de la vitesse
vectorielle initiale, tous les paramètres sont les mêmes pour les deux
trajectoires de la figure 2 : charge négative, direction du champ vers le
bas, masse de la particule.
Accélération d’une particule chargée dans un champ électrique
La force exercée par un champ électrique sur une particule de charge q est
égale à
(1).
Puisqu’il s’agit de la seule force s’exerçant sur la particule (suppose qu’il n’existe
pas de force gravitationnelle), l’application de la deuxième loi de Newton à la
particule donne
(2).