Entraînement maths pour physique 3DF

COLLÈGE SISMONDI
Exercices :
Cours de physique
20/03/2017
(Révisions pour la physique 3PY)
Champ magnétique :
Formulaire :
Champ dû à un fil de longueur infinie parcouru par un courant électrique :
B=
μo I
2π r
Champ dû à une boucle de fil parcourue par un courant électrique :
B=
μo I
2r
Exercice 1 (Algèbre pour le champ magnétique)
Exprimez une grandeur physique à partir d’une loi dans laquelle elle apparaît :
a)
b)
B=
B=
μo I
r=?
2π r
μo I
I=?
2r
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 I1 = 12 A
plan de la feuille).
Q
a
a
I2 = 12 A
P
a/2
a)
b*)
a/2
Déterminez l'intensité du champ magnétique au point P.
Déterminez l'intensité du champ magnétique au point Q.
« 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
1
Philippe Ciprut
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Cours de physique
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Force de Lorentz :
2
Formulaire :
Force de Lorentz : ⃗F=q ⃗
v ×⃗
B d'où l'intensité :
∣
∣
̂
⃗)
F= q v Bsin (q ⃗
v ;B
F rés =m ⃗a
Deuxième loi de Newton : ⃗
Masse : m = A u avec u = 1,6605402 · 10-27 kg (unité de masse atomique)
Energie cinétique :
1
Ecin = m v 2
2
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
v
v
B
B
c) q < 0
d) q > 0
v
v
50o
B
F
« 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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Philippe Ciprut
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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.
a)
b)
c)
d)
B
v
pellicule
photographique
L’unité de masse atomique vaut
1,6605402 ⋅ 10-27 kg.
Dessinez sur le schéma la force de Lorentz qui s'exerce sur l’ion chlore.
Dessinez sur le schéma la trajectoire de l’ion chlore.
Écrivez l’équation du mouvement puis déterminez littéralement puis
numériquement le rayon de la trajectoire.
Calculez l’énergie cinétique de l’ion chlore.
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Force de Laplace :
I ⃗L
I ⃗L
⃗
F
⃗
B
3
Formulaire :
⃗
Force de Laplace : ⃗F=I ⃗
L× B
d'où l'intensité :
∣
∣
̂
⃗ ;⃗
F= I L Bsin ( I 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)
L
I
L
B
B
I
c)
d)
L
45o
I
L
B
B
I
« 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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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.
I1 = 1,1 A
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I2 = 2,2 A
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 I ⃗
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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Exercice 9 (Algèbre pour l'optique géométrique)
Exprimez une grandeur physique à partir d’une loi dans laquelle elle apparaît :
a)
1
f
c
n=
v
−g'
G=
g
f=?
d)
g' p'
=
g p
p = ? ;p' = ? ; g = ? ;g' = ?
e)
1 1 1
= +
f p p'
f = ? ; p =; ? ;p' = ?
f)
1 1 1
= +
f p p'
g)
D
d
=
c c+ L
c=?
h)
D
d
=
c L−c
c=?
i)
n 1 sin (α 1)=n 2 sin (α 2 )
n1 = ? ;n2 = ? ; α1 = ? ;α2 = ?
b)
c)
C=
c = ?; v = ?
G = ? ; g = ? ; g' = ?
et
p ' =−G p
f=?
Exercice 10 (Pierre Spitzli)
Un enfant, dont les yeux sont à 1,5 m
au-dessus du sol, observe l'image
renversée d'un arbre dans une flaque
d'eau large de 1,0 m. Lorsqu'il se trouve
à 4,5 m du bord A de la flaque et qu'il
regarde A, il voit apparaître dans l'eau
l'image du sommet de l'arbre. S'il
s'avance de 1,1 m vers la flaque,
l'image se forme alors au ras du point
B.
a) Calculez la hauteur H de l'arbre et la distance D séparant l'arbre de la flaque.
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Exercice 11 (OP57 p444)
Une source lumineuse S se trouve entre les deux miroirs représentés sur le
schéma.
a) Construisez les quatre images de la source S obtenues avec ce système de
miroirs.
b) Complétez le trajet du rayon lumineux issu de S et passant par P après avoir subi
successivement une première réflexion sur le miroir 1 puis une seconde réflexion
sur le miroir 2.
Exercice 13 (Collège Calvin)
Un prisme de verre a pour section un triangle rectangle isocèle.
Son indice de réfraction est de 1,445.
Un rayon lumineux arrive sur ce prisme
avec un angle d'incidence de
16 degrés, comme indiqué sur le
schéma et se dirige vers la face inclinée
à 45 degrés.
a) Calculez tous les angles d'incidence et de réfraction.
b) Faites un dessin correct de chemin suivi par ce rayon lumineux dans le bloc de
verre jusqu'à ce qu'il en sorte.
Exercice 14 (Collège Calvin)
Un projecteur de diapositives 24 x 36 est doté d'un objectif de 75,0 mm de
distance focale.
La diapositive de l'appareil est située à 5,0 m de l'écran.
a) Calculez les dimensions de l'image sur l'écran.
b) Donnez les caractéristiques de l'image.
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