Entraînement maths pour physique 3DF

COLLÈGE SISMONDI Cours de physique 20/03/2017
Exercices : (Révisions pour la physique 3PY)
Champ magnétique :
Formulaire :
Champ dû à un fil de longueur infinie parcouru par un courant électrique :
B=μoI
2πr
Champ dû à une boucle de fil parcourue par un courant électrique :
B=μoI
2 r
Exercice 1 (Algèbre pour le champ magnétique)
Exprimez une grandeur physique à partir d’une loi dans laquelle elle apparaît :
a)
B=μoI
2πr
r = ?
b)
B=μoI
2 r
I = ?
Exercice 2 (EM 138 page 4301)
Deux longs fils rectilignes parallèles
séparés par une distance
a = 250 mm sont parcourus par un
courant de même sens et de même
intensité I = 12,0 A. (Dans le
dessin, ils sont perpendiculaires au
plan de la feuille).
a) Déterminez l'intensité du champ magnétique au point P.
b*) Déterminez l'intensité du champ magnétique au point Q.
1« Physique science expérimentale, Chimie »,volume 2 : généralités, électricité, magnétisme, optique,
ondes, chimie, AVANZI P., KESPY A., PERRET- GENTIL J., PFISTNER D., Loisirs et pédagogie,
Lausanne, 2009, ISBN 978-2-606-01342-4
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I2 = 12 A
I1 = 12 A
P
Q
a
a
a/2
a/2

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Force de Lorentz :
2
Formulaire :
Force de Lorentz :
⃗
F=q⃗v×⃗ B
d'où l'intensité :
F=
∣
q v Bsin (
̂
q⃗v;⃗ B)
∣
Deuxième loi de Newton :
⃗
Frés=m⃗a
Masse : m = A u avec u = 1,6605402 · 10-27 kg (unité de masse atomique)
Energie cinétique :
Ecin=1
2m v2
Exercice 3 (force de Lorentz)
Déterminez dans les cas suivants la direction, le sens et l’intensité du vecteur
manquant de la force de Lorentz si v = 6,00 · 104 m/s, B = 0,200 T et
IqI = 3,00 · 10-9 C :
a) q < 0 b) q > 0
c) q < 0 d) q > 0
2« Chapitre 2 : Force de Lorentz. Force de Laplace », Yves Reiser, Lycée du Nord, (Cours de M.
André Mousset, professeur en retraite de l'Athénée)
www.lnw.lu/Departements/Physique/personnel/reiyv/documents/2bc/cours_D02.pdf
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B
v
B
50o
v
B
v
F
v

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Exercice 4 (force de Lorentz)
Un électron se déplace, dans un champ
magnétique uniforme, à une vitesse de
3,50 · 105 m/s vers le haut et subit un
champ magnétique de 0,450 T orienté
vers le Nord.
a) Dessinez sur le schéma la vitesse du proton, le champ magnétique et la force
de Lorentz qui s'exerce sur l'électron.
b) Calculez l'intensité de la force de Lorentz qui s'exerce sur l'électron.
Exercice 5 (Force de Lorentz)
Spectromètre de masse :
Un atome de chlore 37Cl, porteur d'une
charge -1,60218 ⋅ 10-19 C et se
déplaçant à la vitesse de 2,0 ⋅ 105 m/s,
pénètre perpendiculairement dans un
champ magnétique uniforme de
0,50 T. Après une trajectoire circulaire
d'un demi-tour, il heurte une pellicule
photographique.
L’unité de masse atomique vaut
1,6605402 ⋅ 10-27 kg.
a) Dessinez sur le schéma la force de Lorentz qui s'exerce sur l’ion chlore.
b) Dessinez sur le schéma la trajectoire de l’ion chlore.
c) Écrivez l’équation du mouvement puis déterminez littéralement puis
numériquement le rayon de la trajectoire.
d) Calculez l’énergie cinétique de l’ion chlore.
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pellicule
photographique
B
v

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Force de Laplace :
3
Formulaire :
Force de Laplace :
⃗
F=I⃗ L×⃗ B
d'où l'intensité :
F=
∣
I L Bsin (
̂
I⃗ L;⃗ B)
∣
Exercice 6 (force de Laplace)
Déterminez dans les cas suivants le point d'application, la direction, le sens et
l’intensité de la force de Laplace si L = 40,0 cm, B = 100 mT et I = 1,60 A et
dessinez la sur les schémas correspondants :
a) b)
c) d)
3« Chapitre 2 : Force de Lorentz. Force de Laplace », Yves Reiser, Lycée du Nord, (Cours de M.
André Mousset, professeur en retraite de l'Athénée)
www.lnw.lu/Departements/Physique/personnel/reiyv/documents/2bc/cours_D02.pdf
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B
L
I
B
L
I
B
L
I
B
L
45o
I
I⃗ L
I⃗ L
⃗
F
⃗
B

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Exercice 7
Deux fils infinis, séparés par une
distance de 15 cm, sont
parcourus par un courant
respectif de 1,1 A pour le premier
et de 2,2 A pour le second.
a) Dessinez, sur le schéma, la force
qu'exerce le fil 1 sur le fil 2.
b) Calculez l'intensité du champ
généré par le fil 1 sur le fil 2.
c) Calculez l'intensité de la force,
par unité de longueur, qu'exerce
le fil 1 sur le fil 2.
Exercice 8 (EM 136 page 430)
Une barre métallique de masse
m = 150 g glisse sans frottement sur
deux rails horizontaux écartés d'une
distance d = 25,0cm et placés dans un
champ magnétique uniforme de
0,350 T. Un courant continu d'intensité
I = 2,00 mA circule dans les rails et
dans la barre.
a) Dessinez, sur le schéma, le champ magnétique exercée par l'aimant en U, le
vecteur
I⃗ L
et la force exercée sur la barre.
b) Calculez l'intensité de la force magnétique qui s'exerce sur la barre.
c) Déterminez le vecteur vitesse de la barre en fonction du temps ainsi que sa
valeur au bout de 30 s si on suppose que la barre est au repos à l'instant initial.
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I1=1,1A I2=2,2A