Exercices de révision champs électrostatique et gravitationnel Exercice n°1: Le condensateur plan 1- Rappeler la définition d’un condensateur plan. 2- Décrire l’origine du champ électrostatique entre les armatures d’un condensateur plan soumis à une tension électrique. Quels sont la direction et le sens des vecteurs du champ ? 3- Quelle est la valeur du champ électrostatique à l’intérieur d’un condensateur dans lequel une particule de charge 1,0 mC subit une force de 1,0 x 10 -2 N ? 4- Calculer la valeur du champ électrostatique à l’intérieur d’un condensateur d’épaisseur 0,5 mm chargé sous une tension de 10V. 5- En déduire la force que subirait une charge de 5,0 nC qui serait placé entre les armatures de ce condensateur. Exercice n°2: Accélération et déflexion d’un électron Un électron est placé au point D dans le dispositif constitué de deux condensateurs plans cote à cote ou règnent des champs de même valeur E = 1OOO N.C-1 A- Comparaison de l’effet des champs 1- Calculer la norme du poids de l’électron. 2- Calculer la norme de la force électrostatique subie par l’électron lorsqu’il est entre les armatures de l’un des deux condensateurs. 3- Comparer les valeurs des normes du poids et de la force électrostatique. Conclure. B- Etude du premier condensateur 1- Que peut-on dire du champ électrostatique entre les armatures du premier condensateur ? 2- Représenter les lignes de champ électrostatique entre ses armatures. 3- Quelle est la seule force subie par l’électron ? Préciser sa direction et son sens. 4- Le dispositif fonctionnerait-il avec un proton ? Pourrait-on l’adapter ? 5- Même question pour un neutron. C- Etude du deuxième condensateur L’électron atteint le deuxième condensateur en S. 1- Que peut-on dire du champ électrostatique entre les armatures du deuxième condensateur ? 2- Représenter les lignes de champ électrostatique entre ses armatures. 3- Quelle est la seule force subie par l’électron ? Préciser sa direction et son sens. 4- Le dispositif fonctionnerait-il avec un proton ? Pourrait-on l’adapter ? 5- Même question pour un neutron. 6- Après son passage en S la trajectoire de l’électron est –elle modifiée ? Exercices - Champ électrostatique - Page 1 Exercice n°3: Champ de pesanteur et champ de gravitation Le champ de pesanteur terrestre, noté g , n’est ressenti par aucun d’entre nous. Cependant, quelques situations mettent en évidence l’effet de ce champ g : sauter d’un avion (avant d’ouvrir le parachute) ou réaliser un saut à l’élastique, ou encore faire le grand 8 dans un parc d’attraction. Au voisinage de la Terre, le champ de pesanteur vaut g = 9,8 N.kg -1. 1. Après avoir choisi si ce champ de force est un champ scalaire ou champ vectoriel, on calculera le poids d’un individu de masse m = 65,0 kg. Lorsqu’un objet est éloigné de la Terre (comme un satellite de télécommunication, une navette spatial…), on parle alors de champ de gravitation, noté G. Pour un point situé à une altitude h de la surface de la Terre, le champ de gravitation a pour expression : Masse de la Terre : MT = 5,98.10 G = G.MT / (RT + h) 2 avec 24 kg Constante de gravitation : G = 6,67.10 -11 Rayon moyen de la Terre : RTerre = 6,4.10 SI 6 m 2. Des astronautes sont en mission dans la navette spatiale internationale (ISS) en orbite autour de la Terre à une altitude h = 370 km. Déterminer le champ de gravitation auquel ils sont soumis. 3. Par un rapport, Comparer la valeur de G trouvée à celle à la surface de la Terre (on considèrera qu’à la surface de la Terre, g G ). Pourquoi les astronautes ont l’impression de flotter dans l’espace ? Exercices - Champ électrostatique - Page 2