Examen formatif #1 Électrostatique : force et champ électriques

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Examen formatif #1
Électrostatique : force et champ électriques
1. Soit deux petites sphères identiques, chargées, isolées et fixes (Q1 et Q2) placées à
proximité l’une de l’autre. La charge portée par Q1 est de – 2,00 nC, alors que celle
portée par Q2 est de + 4,00 nC.
Les énoncés suivants sont-ils vrais ou faux? S’ils sont faux, corrigez les.
a) Le champ électrique engendré par Q2 à l’endroit où se trouve Q1 est orienté vers
la droite.
b) La force électrique exercée sur Q2 par Q1 est orientée vers la droite.
c) La force électrique exercée sur Q1 (par Q2) est deux fois plus grande que celle
exercée sur Q2 (par Q1).
d) Si la sphère Q1 a 8,75
10
10
protons, alors elle a environ
10
10,0 10
électrons.
e) La sphère Q2 a reçu environ
10
2,50 10
protons.
f)
12 21
F F
g) Le système formé par les deux sphères constitue un dipôle.
h) Si les deux sphères sont mises en contact électriquement, chaque sphère portera
une charge de +3,00 nC.
i) Le champ électrique résultant dans la région B est orienté vers la droite.
j) Il existe un point (autre que l’infini) situé dans la région D où le champ électrique
résultant est nul.
k) Le champ électrique résultant dans la région A est orienté vers la droite.
l) Une charge positive placée en B subirait une force électrique orientée vers la
gauche.
m) Une charge négative placée en D subirait une force électrique orientée vers la
gauche.
Q1
A B C D
Q2
milieu entre les 2 sphères

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2. La sphère Q1 de l’exercice précédent se trouve en (2,00; 0,00) cm alors que la sphère
Q2 se trouve en (8,00; 0,00) cm.
a) Quel est le champ électrique (grandeur et direction) exactement entre les sphères?
b) En quel(s) point(s) le champ électrique est-il nul?
c) Une charge de -3,00 pC est placée au point (2,00; -4,00) cm. Quel est le champ
électrique (grandeur et direction) en ce point?
d) Quelle est la force électrique (grandeur et direction) sur la charge de -3,00 pC?
3. Une mince tige possède une densité linéique de charge de –2 µC/m. Quel est le
champ électrique créé par la tige le long de son axe à 20 cm de son centre? La
longueur de la tige est de 10 cm.
4. Un électron est projeté à une vitesse de
6
3,00 10 m/s
 entre deux plaques entre lesquelles
existe un champ électrique considéré uniforme. La
longueur des plaques est de 10,0 cm. Les plaques sont
distantes de 2,50 cm. Lorsque l’électron quitte les
plaques, il est parallèle à celles-ci. θ = 25,0o α = 40,0o.
On néglige la gravité.
Quel est le champ électrique entre les plaques?
5. Le conducteur creux dessiné ci-contre possède
initialement une charge de +3Q. On place ensuite une
charge ponctuelle de +3Q à l’intérieur de la cavité. Une
fois l’équilibre atteint, dessinez quelques lignes de
champ électrique, et indiquez clairement la nouvelle
répartition des charges.
θ
α

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6. Le dipôle ci-contre est placé dans une région où règne un champ électrique orienté
vers le haut de la feuille.
a) Sous quelle(s) condition(s) la force résultante sur le
dipôle est-elle nulle?
b) Tracez le moment dipolaire électrique.
c) Dans quel sens tournera le dipôle?
d) Si le champ électrique est plus intense au pôle négatif
qu’au pôle positif, dans quelle direction sera accéléré le
dipôle?
Potentiel, énergie potentielle et travail
7. Par rapport à la question #2 …
A) Quel est le potentiel au point P (2,00; -4,00) cm?
B) Quelle est l’énergie potentielle d’une charge de –3,00 nC placée en P due à
l’interaction avec les charges Q1 et Q2?
C) Quelle est l’énergie potentielle totale du système formé par les 3 charges? Que
signifie le signe de cette énergie?
8. Une sphère conductrice pleine et chargée a un rayon de 10,0 cm. Elle porte une
densité surfacique de charge de 175
2
nC
m
. Déterminez…
a) Le champ électrique (grandeur et direction) à l’intérieur de la sphère, à 3,00 cm
du centre.
b) La différence de potentiel entre le centre de la sphère et sa surface.
c) Le potentiel à la surface de la sphère.
9. La tige ci-contre est mince et porte une
charge de - 4,00µC uniformément
répartie sur toute sa longueur. Quel est le
potentiel au point P?
Le but de l’exercice n’est pas de vérifier votre
capacité à intégrer, vous pouvez donc consulter
les tables d’intégration de votre manuel.
Réponses :
.P
30 cm
10 cm

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1. a) F b) F c) F d) V e) F f) F g) F
h) F i) F j) F k) F l) V m) V
2. a)
60,0 /
i kN C
b) x = -12,5 cm et x = ±∞ c) 9, 39 kN/C à 128o
d) 2,82 10-8 N à –52,1o
3. 48,0 kN/C vers la tige
4. 196 N/C, de la plaque supérieure vers la plaque inférieure
5. -3 Q sur paroi intérieure et +6Q sur paroi extérieure
6. a) champ uniforme c) horaire d) vers le bas de la page
7. a) 49,2 V b) 0,148
J
c) -1,35µJ
8. a) 0 N/C b) ΔV = 0 V c)V = 1,98 kV
9. -218 kV