Cours n°9 « Mouvement dans un champ uniforme » Page 1

Lycée Joliot Curie à 7
Chimie – Chapitre IX
Classe de Ter S
Cours n°9 « Mouvement dans un champ uniforme »
Les compétences à acquérir…
- Connaître et exploiter les trois lois de Newton
- Etudier des mouvements dans des champs de pesanteur
- Etudier des mouvements dans des champs électrostatiques uniformes
- EN TP
Mettre en oeuvre une démarche expérimentale pour étudier un
mouvement.
I- Quelles est la méthode pour décrire un mouvement
QCM et Vidéos
Cours
?
- Définir le système et le référentiel de l’étude.
- Faire le bilan de forces extérieures appliquées au système.
- Trouver les coordonnées du vecteur accélération
en appliquant la seconde
loi de Newton.
- Trouver les coordonnées du vecteur vitesse
par un calcul de primitive à
partir des coordonnées du vecteur
en tenant compte des conditions
initiales.
Primitive
- Trouver les coordonnées du vecteur position
(équations horaires) par un
calcul de primitive à partir des coordonnées du vecteur
en tenant compte des conditions initiales.
- En déduire l’équation de la trajectoire z =f(y) ou y =f(x) selon le repère choisi.
- Définir des points particuliers de la trajectoire zmax, ymax
II- Cas d’un mouvement dans le champ de pesanteur uniforme :
1-Champ de pesanteur : Un champ de pesanteur est uniforme si en

chaque point de l'espace le vecteur champ de pesanteur g est
…………………………….
C'est le cas au voisinage de la Terre.
2-Chute libre avec vitesse initiale :
Un objet est dit en chute libre s’il n’est soumis qu’à son ……………………………
En terminale, nous négligerons la ……………………………………………………………………………………………………………………………………………
3- Etude du mouvement parabolique :
Situation : Un personne de masse mp= 75 kg s’élance d’un tobbogan afin d’arriver dans une petite piscine
distant de plusieurs dizaines de mètre. Les conditions initiales
(il vaut mieux !)
et l’angle
α ont été calculées avant la chute
Système : …………………………………
Référentiel : …………………………………………………………
Bilan des forces :

Coordonnées du vecteur champ de pesanteur g
Cours n°9 « Mouvement dans un champ uniforme »
Page 1
- Trouver les coordonnées du vecteur accélération
en appliquant la seconde loi de Newton.
Conditions initiales : A t = 0s, quelles sont les cordonnées du vecteur position
0 et
du vecteur vitesse
0
?
- Trouver les coordonnées du vecteur vitesse
par un calcul de primitive à partir des coordonnées du
vecteur
en tenant compte des conditions initiales.
Espace Math
- Trouver les coordonnées du vecteur position
(équations horaires) par un calcul de primitive à
partir des coordonnées du vecteur
en tenant compte des conditions initiales.
Espace Math
- En déduire l’équation de la trajectoire z =f(y)
Remarque : On constate que, quelque soit t, x(t) = ……, le mouvement s’effectue dans le plan ………………
Cours n°9 « Mouvement dans un champ uniforme »
Page 2
- Deux points particulers la trajectoire: z= f(y)
• La portée ymax est le point d’abscisse maximale
atteint (d = OC) :
• La flèche est l’altitude maximale atteinte (zmax) : Au point B, la vitesse est …………………………… c'est-à-dire
……………………… Mais attention, la vitesse en B n’est pas nulle !
II-Chute libre sans vitesse initiale : Vo =0 m/s
En AP et en TP, nous avons étudier ce cas
Dans ce cas , la vitesse initiale est nulle soit Vo =0 m/s. Réécrivons les équations précédentes
a=
v=
Bilan
- l’accélération est …………………………: on dit alors que le mouvement est ……………………………………………………
- v augmente linéairement au cours du temps : on dit que le mouvement est …………………………………………………….
Cours n°9 « Mouvement dans un champ uniforme »
Page 3
III- Mouvement dans un champ électrique uniforme :
Document 1 : La deuxième expérience de Thomson
Le physicien anglais Joseph John Thomson utilisa un tube à vide, dans lequel une
cathode émet des électrons. Ceux-ci sont accélérés dans un champ électrostatique
créé par des anodes de collimation. À la sortie de ces anodes, les électrons forment
un faisceau très étroit. Ce faisceau passe ensuite entre deux plaques métalliques de
charges opposées. Les électrons, soumis à un nouveau champ électrostatique, sont
alors déviés de leur trajectoire et viennent frapper un écran constitué d'une couche
de peinture phosphorescente.
Tube utilisé par Thomson pour montrer la
déviation de particules chargées par un champ
électrostatique :
Document 2 : Création d'un champ électrostatique
Deux plaques métalliques horizontales portant des charges opposées
possèdent entre elles un champ électrostatique uniforme caractérisé par :
sa direction : perpendiculaire aux plaques
son sens : de la plaque chargée positivement vers la plaque chargée
négativement.
Document 3 : Force électrostatique subie par une particule chargée dans champ électrique E
Pour un électron : q = - e ; e étant la charge élémentaire.
Document 4 : Interactions entre particules chargées
Deux particules de charges de même signe se repoussent ; deux particules de charges opposées
s'attirent.
Document 5 : Expérience de laboratoire ; détermination du rapport e/m pour l'électron Le
montage ci-dessous reprend le principe de la deuxième expérience de Thomson. Il comporte un
tube à vide dans lequel un faisceau d'électrons est dévié entre deux plaques de charges opposées.
On mesure la déviation verticale du faisceau d'électrons lors de la traversée des plaques sur une
longueur L, afin de déterminer la valeur du rapport e/m .
Cours n°9 « Mouvement dans un champ uniforme »
Page 4
Données de l'expérience :
Les électrons sortent du canon à électrons avec une vitesse v0 = 2,27  107 m.s1. Le faisceau d'électrons passe
entre les deux plaques chargées et est dévié d'une hauteur h quand il sort des plaques. L'intensité du champ
électrostatique entre les deux plaques est : E = 15,0 kV.m1. La longueur des plaques est : L = 8,50 cm.
On fait l'hypothèse que le poids des électrons est négligeable par rapport à la force électrostatique F .
1. Détermination du caractère négatif de la charge de l'électron par J.J. Thomson.
À l'aide du document 2, représenter sur le schéma ci-dessus le vecteur correspondant au champ
électrostatique E .
On prendra l'échelle suivante : 1,0 cm pour 5,0 kV.m1.
J.J. Thomson a observé une déviation du faisceau d'électrons vers la plaque métallique chargée
positivement (voir document 1).
Expliquer comment J.J. Thomson en a déduit que les électrons sont chargés négativement.
À l'aide du document 3, donner la relation entre la force électrostatique F subie par un électron, la
charge élémentaire e et le champ électrostatique E . Montrer que le sens de déviation du faisceau
2.
d'électrons est cohérent avec le sens de F .
Détermination du rapport e/m pour l'électron.
En appliquant la deuxième loi de Newton à l'électron, montrer que les relations donnant les
coordonnées de son vecteur accélération sont :
ax = 0 et ay =
3. Montrer que la courbe décrite par les électrons entre les plaques admet pour équation :
y
eE 2
x
2mv 02
À la sortie des plaques, en x = L, la déviation verticale du faisceau d'électrons par rapport à l'axe (Ox) a une
valeur h = 1,85 cm.
4- En déduire l'expression du rapport
5- Donner la valeur du rapport
e
en fonction de E, L, h et v0.
m
e
.
m
On donne les valeurs des grandeurs utilisées, avec les incertitudes associées :
v0 = (2,27 ± 0,02)  107 m.s1 ;
E = (15,0 ± 0,1) kV.m1 ;
L = (8,50 ± 0,05) cm ;
h = (1,85 ± 0,05) cm ;
L'incertitude du rapport
e
e
, notée U   , s'exprime par la formule suivante :
m
m
2
2
 U(h) 2  U(E) 2
 U(v 0 ) 
 U(L)  



4

4


 

 L  

 
 h   E 
 v0 
e
e
6- Calculer l'incertitude U   , puis exprimer le résultat de   avec cette incertitude.
m
m
e e
U  
m m
Cours n°9 « Mouvement dans un champ uniforme »
Page 5