CORRIGÉ Science-tech au secondaire Chapitre 4

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1 L ÉLECTRICITÉ STATIQUE ET LA CHARGE ÉLECTRIQUE 1. Deux sphères conductrices sont suspendues côte à côte. Les charges sur chacune d elles sont illustrées dans le tableau ci-dessous. a Déterminez le signe de chaque sphère. b À l aide de la lettre appropriée, identifiez le comportement attendu des deux sphères. Attraction : A Répulsion : R Aucune force : 0 Légère répulsion : r Légère attraction : a 1 4 A 0 Positive (+ et négative ( 1. Deux neutres. 5 a R Positive (+ et neutre. Deux négatives ( A a Négative ( 3 et positive (+1. Négative ( 1 et neutre.. Les balles conductrices A, B, C et D sont mises côte à côte deux à la fois, sans que le signe de leur charge soit modifié. Les résultats sont illustrés ci-dessous. Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E-4-1 a Déterminez le signe de chacune des balles selon leur comportement. La balle positive : D. Les balles négatives : A, C. La balle neutre : B. b Que se produira-t-il si les balles A et B sont mises côte à côte? Il y aura une légère attraction, A étant négative et B, neutre (polarisation de B. c Que se produira-t-il si les balles D et C sont mises côte à côte? Il y aura attraction, D étant positive et C, négative. 3. Des bas en soie et en laine sont, par erreur, mis ensemble dans un sèche-linge. Expliquez par un court texte ce qui se produit lorsque les deux tissus se frottent ensemble, en indiquant les charges électriques à chacune des étapes (avant, pendant et après le frottement. Avant le frottement Les deux bas sales sont neutres, les charges positives et négatives étant en nombre égal. Pendant le frottement Il y a transfert d électrons de la laine vers la soie, cette dernière les attirant plus fortement, car elle est placée plus haut dans la série électrostatique. Après le frottement Le bas en laine est positif, ayant perdu des charges négatives, tandis que le bas en soie est négatif (surplus de charges négatives. E-4- Corrigé du matériel reproductible Reproduction autorisée Éditions Grand Duc Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E-4-5

2 4. Un imperméable en vinyle et une jupe en laine sont frottés ensemble. On approche de l imperméable une pellicule en plastique ayant emballé un plat en polyéthylène. Donnez le signe de chaque substance après frottement et le comportement attendu de la pellicule en plastique et de l imperméable. Vinyle et laine : le vinyle étant plus haut dans la série électrostatique, il deviendra négatif et la laine, positive. Pellicule en plastique et polyéthylène : la pellicule deviendra négative et le polyéthylène, positif. Si la pellicule en plastique et l imperméable en vinyle, tous deux négatifs, sont approchés, ils se repousseront. 5. Par une froide et sèche journée d hiver, Marc et Sarah font le ménage de leur appartement. Ils marchent fréquemment sur la moquette en fibres de Dacron. Si Marc a des semelles en caoutchouc et Sarah des semelles en vinyle, qui subira le choc le plus fort en touchant la poignée de métal de la porte du salon? Le caoutchouc et le vinyle sont tous deux plus haut que le Dacron dans la série électrostatique : ils deviendront donc négatifs. Cependant, le caoutchouc est plus éloigné du Dacron que le vinyle (il attire plus fortement les électrons, le transfert de charges sera plus efficace, donc Marc deviendra plus chargé négativement que Sarah et subira le choc le plus fort. 6. La balle B, en polyéthylène, a été frottée avec du nylon. On la suspend à côté de la balle A, conductrice et légère. Les deux balles s approchent l une de l autre dans un premier temps, se touchent, puis se placent comme dans le schéma ci-dessous. Expliquez précisément le comportement des deux balles, en donnant leur signe à chacune des étapes. Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E-4-3 La balle B est frottée avec le nylon. La balle B devient négative et le nylon, positif. Les deux balles s approchent. La balle A est neutre, mais la présence de B polarise les charges : les positives s approchent de B et les négatives s en éloignent. Il y a donc attraction. Les deux balles sont en contact. Certaines charges négatives en surplus sur B sont transférées à A où elles se répartissent, A étant conductrice. A devient donc négative comme B : les deux balles se repoussent. 7. Deux canettes en aluminium vides sont placées horizontalement sur des verres en polystyrène. Elles sont mises en contact, puis on approche d elles un ballon en caoutchouc préalablement frotté avec un bas en laine. Tout en gardant le ballon près de la canette Pep, on sépare les deux canettes, puis on éloigne le ballon. a Quelle charge (signe chaque canette aura-t-elle après ces manipulations? Canette Pep : positive. Canette Ola : négative. b Comment les canettes ont-elles obtenu ces charges? Selon la série électrostatique, le ballon devient négatif après frottement avec la laine. En l approchant des canettes, ses charges négatives polarisent l ensemble : les charges positives sont majoritaires dans la canette Pep, plus proche du ballon, et minoritaires dans la canette Ola. En les séparant, mais tout en les maintenant sous l influence du ballon, les deux pôles chargés d un ensemble neutre deviennent deux objets chargés de signe contraire, les charges ne pouvant plus se répartir de nouveau quand le ballon est retiré. E-4-4 Corrigé du matériel reproductible Reproduction autorisée Éditions Grand Duc E-4-6 Corrigé du matériel reproductible Merci de ne pas photocopier Éditions Grand Duc

3 8. Après avoir frotté une baguette en verre avec une pellicule d emballage en plastique, on l approche d un électroscope à deux feuillets. L autre côté de la boule de l électroscope est touché avec un doigt, puis la baguette est retirée. a Quelle charge (signe l électroscope aura-t-il acquise? L électroscope sera négatif. Explication : le verre frotté devient positif. Il polarise l électroscope en attirant les charges négatives vers un côté de la boule. Après contact avec l autre côté (plus positif de la boule, des charges négatives en provenance du doigt viennent neutraliser certaines de ces charges positives, laissant au total un excédent de charges négatives qui se répartiront sur l électroscope quand la baguette sera retirée. b Nommez le procédé par lequel il a été chargé. C est la charge par influence ou par induction. c Si une baguette de charge inconnue est approchée, l électroscope se comporte de la façon illustrée ci-dessous. Quel est le signe de la baguette? Positive. La baguette attire les électrons des feuilles vers la boule, ce qui diminue la charge négative de ces dernières (elles se rapprochent. Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E Un électroscope est construit en suspendant un seul feuillet métallique à un support isolant. À l aide de l illustration fournie, déterminez le comportement du feuillet, neutre au départ, dans le cas de chacune des actions décrites ci-dessous. a La sphère A est approchée du feuillet. La sphère A attire le feuillet, parce qu il se polarise. b La sphère A fait contact avec le feuillet. La sphère A partage certaines de ses charges positives avec le feuillet qui devient positif : il sera donc repoussé. c La sphère A est éloignée et la sphère B est rapprochée. Le feuillet positif et la sphère B négative s attirent. d Si on éloigne la sphère B, que l on approche une sphère C de charge inconnue et que le feuillet de l électroscope est attiré, quel peut être le signe de cette sphère C? La sphère C peut être négative ou neutre (parce que le feuillet chargé peut la polariser, ce qui expliquerait l attraction. 10. Une petite perruque est placée sur la sphère d un générateur électrostatique de Van de Graaff. Expliquez ce qui se produira si on le fait fonctionner. La sphère du générateur Van de Graaff se charge négativement, et les objets qui sont en contact avec elle également. La perruque (ou une peau de lapin ou de chat sera donc elle aussi négative, comme le sera chaque cheveu. Ils se repoussent donc en se dressant au début (comme dans la majorité des images que l on retient des expériences du générateur Van de Graaff sur les modèles vivants, mais lorsque la perruque est suffisamment chargée pour que la répulsion l emporte sur la gravité, elle est expulsée de la sphère (elle saute littéralement, ce qui est très amusant à voir : les élèves en redemandent. E-4-6 Corrigé du matériel reproductible Reproduction autorisée Éditions Grand Duc Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E-4-7

4 b les deux charges doivent être modifiées du même facteur? aq1 aq a q1q q1q, donc a a Il faut donc que chaque charge soit fois plus grande. c on peut uniquement faire varier la distance? Il faut que la distance soit fois plus petite. 1 1 q1 q d Fe 1/ 1/ d la distance doit être doublée et les deux charges modifiées du même facteur? Il faut que chaque charge soit multipliée par un facteur a, et a vaut : a /4 a 8 a 8. a /4 a a q1 q d Fe Comment doit-on faire varier la distance entre deux sphères métalliques chargées si l on veut garder la force entre elles constante, mais que la charge de la première est devenue fois plus petite et celle de la seconde 3 fois plus grande? La distance doit être quadruplée. 1 1/ 3 1 q1 q d Fe 4 16 E-4-8 Corrigé du matériel reproductible Reproduction autorisée Éditions Grand Duc LA LOI DE COULOMB 11. Comment la force électrique entre deux sphères métalliques chargées varie-t-elle si : a la charge de l une des sphères est quadruplée? F q, donc elle est quadruplée aussi. b la charge de la première sphère est triplée et celle de la seconde est six fois plus petite? Elle est deux fois plus petite (F q1q, donc 3 1/6 = 1/. c la distance entre les deux sphères est divisée par 4? Elle est 16 fois plus grande q1 q d Fe 1/4 1/16 d la distance entre les deux sphères est doublée, la charge d une sphère est triplée et celle de la seconde est 1 fois plus élevée? Elle est 9 fois plus grande q1 q d Fe 4 1. Que faut-il faire pour doubler la force entre deux sphères métalliques chargées, si : a on peut seulement faire varier la charge de l une des sphères? Il faut doubler cette charge (F q. Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E-4-7 E-4-8 Corrigé du matériel reproductible Merci de ne pas photocopier Éditions Grand Duc

5 14. Effectuez les calculs nécessaires pour compléter un tableau semblable à celui ci-dessous. k 9, N m /C Fe q1 q d 43, N C 0,04 C 50 m,5 N 4, C 6, C 10 m 4 N C 3, C m 8, N 3, C 3, C 1, m 0,051 N 7,1 C 3, C m 1,5 N C 0,04 C 1, km 15. Quelle est la quantité de charge initiale d une sphère métallique si celle-ci a été mise en contact avec une sphère neutre identique, qu elles exercent ensuite entre elles une force de 1 N et sont séparées de 10 cm? Après le contact, comme les sphères sont identiques : q1 q q d 10 cm d 0,10 m k 9, N m /C kq 9 10 q 9 10 q 11 Fe 9 10 q 1 N (0,10 0,010 d Donc, q 1,11 10 q 1, ,05 10 C La quantité de charge initiale de la sphère était le double de celle obtenue après le partage, donc de, C. Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E Dans un certain modèle de l atome de sodium, on ne considère que son électron de valence ; le reste de l atome (le noyau et les autres électrons est considéré comme un noyau effectif. La force entre ce noyau effectif d un atome de sodium et son électron de valence est de 7, N. a Si le rayon atomique moyen de cet atome est de 0,186 nm, quelle est la charge du noyau effectif ressentie par l électron de valence? (La charge d un électron est de 1,6 x C. Fe 7, N q1? (charge du noyau effectif q 1, C d 0,186 nm 1, m q F kq d 7, ,86 1, , C b Quelle est la charge de ce noyau en charge élémentaire? Cette charge correspond à 1,13 charge élémentaire (1, C (6, , soit 1,13 1, C. c Quelle devrait être la charge nette du noyau et de tous les autres électrons à part l électron de valence? Le noyau de sodium a 11 protons, et 10 autres électrons circulent autour (le onzième étant l électron de valence, ce qui correspond à une charge nette de +1 ( d Expliquez la différence entre les réponses en b et c. La charge nette correspond à celle du noyau et des électrons s ils étaient tous regroupés dans une charge ponctuelle. Or, les distances entre l électron de valence et les différentes particules ne sont pas les mêmes et varient continuellement. Les 10 électrons cachent une bonne partie de la charge réelle du noyau à l électron de valence, mais pas au complet. E-4-10 Corrigé du matériel reproductible Reproduction autorisée Éditions Grand Duc e ( ( 9 9 ( ( Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E-4-9

6 . On veut doubler la valeur du champ d une charge q. Quelles sont les deux façons d y arriver si l on ne veut varier qu un facteur à la fois? (Donnez des réponses quantitatives. Comme E q, si la distance reste constante, il suffit de doubler la charge. Si la charge reste constante, la distance doit être fois plus petite. 1 q d E 1/ LE CHAMP ÉLECTRIQUE 17. Une charge q est placée à 6 mètres d une charge q1. Si l on remplace q par une même quantité de charge quatre fois plus élevée au même endroit, comment le champ de q1 variera-t-il? Il ne variera pas : le champ ne dépend pas de q. Il représente la force qui serait exercée sur chaque coulomb de charge placé à cet endroit. 18. La force sur une charge de C est de 6 N. Quelle est la valeur du champ électrique à cet endroit? F e 6 N Fe E1 q E N/C 1/ q 3. Deux charges q1 et q, de signe contraire, mais de même quantité de charge, sont placées à une distance d l une de l autre. Au point A, situé exactement au milieu des deux charges, le champ électrique vaut 18 N/C. Quelle sera la valeur du champ au point B situé à une distance d/ de q? Le champ au point A résulte de la contribution des deux charges. Comme elles sont de signe 3 10 contraire, les deux champs s additionnent (par exemple, si q1 était positive, E1 serait vers la droite (répulsion, q serait négative et E serait également vers la droite (attraction. Les quantités de charge étant égales, le champ produit par chacune vaut 9 N/C. Au point B : pour q, la distance devient deux fois plus petite, donc le champ est quatre fois plus grand, soit de N/C ; pour q1, la distance devient de d + d/ 3d/ ou 1,5 fois plus grande : le champ est donc (1,5,5 fois plus petit, soit de 9 /,5 4 N/C. Le champ total vaut donc N/C au point B. C E-4-1 Corrigé du matériel reproductible Reproduction autorisée Éditions Grand Duc 19. a Quelle est la valeur du champ électrique à m d une charge de 8 μc? kq (9 10 (8 10 C E N/C d ( m b Quelle sera la force exercée sur une charge de μc placée à cet endroit? Fe E1 q N/C ( x 10 6 C 0,036 N 0. À 0 cm d une charge A, le champ électrique est de N/C. a Quel sera le champ à 1 m de cette charge? 0 cm 0,0 m, et 1 m/0,0 m 5 E 1/d Si la distance est 5 fois plus grande, le champ sera (5 5 fois plus petit. Il sera donc de / N/C. b Quelle quantité de charge A porte-t-elle? E d (0,0 m 4, C k 9 10 q À quelle distance d un point P doit-on placer une charge de 5 x 10 5 C pour obtenir un champ de 500 N/C au point P? q C E 500 N/C d? d kq E d kq E m Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E ( ( 5 E-4-30 Corrigé du matériel reproductible Merci de ne pas photocopier Éditions Grand Duc

7 4. Deux charges q1 et q, respectivement de C et de 8 C, toutes deux positives, sont placées à 1 m l une de l autre. a À quel endroit le champ est-il nul sur la droite qui relie les deux charges? Les deux champs étant en sens contraire, ils se soustraient. Le champ est nul à l endroit où les deux charges produiraient des forces égales (point P. Comme q est quatre fois plus chargée que q1, la distance de P à q1 doit être deux fois plus petite que de P à q pour que les forces sur une charge d essai s égalent. P doit donc être au tiers de la distance totale, à 0,33 m de q1. b Dessinez la forme approximative du champ électrique entre les deux charges. La forme est semblable au champ entre deux charges qui se repoussent, mais le losange central est au tiers au lieu d être au centre, et le «vent» de q souffle plus fort sur les lignes de champ de q1, qui sont plus déformées. 5. Trois charges négatives identiques sont placées aux trois coins d un triangle équilatéral. Quelle est la forme du champ électrique entre elles et autour d elles? Vu de loin, ce champ doit ressembler à celui d une seule charge négative trois fois plus chargée, les trois charges se confondant. L image de gauche montre les lignes de champ droites autour des trois charges. Au centre du triangle, il devrait y avoir un point où le champ s annule, et tout autour de ce point, l image de droite montre comment les lignes de champ s incurvent vers la charge la plus proche, laissant une zone plus vide au centre. Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E-4-13 LES FORCES D ATTRACTION ET DE RÉPULSION MAGNÉTIQUES LE CHAMP MAGNÉTIQUE 6. Les substances A, B, C, D et E ont été approchées deux à deux, et le résultat des tests est présenté dans le tableau ci-dessous. Classez ces substances dans la catégorie à laquelle elles appartiennent (magnétique, ferromagnétique ou non magnétique selon leur comportement. A B As C X X D X As X E As A/R X As A B C D Légende : X : aucune force observable entre les substances As : attraction seulement A/R : parfois attraction, parfois répulsion B et E sont magnétiques, A et D sont ferromagnétiques et C est non magnétique. 7. De quelle substance sont composées les pierres à aimant utilisées dès l Antiquité? Elles sont en magnétite. 8. a Nommez trois éléments ferromagnétiques. Le fer, le nickel et le cobalt (le gadolinium également. b Qu est-ce qui caractérise ces substances? Elles deviennent des aimants temporaires sous l influence d un aimant, et elles perdent cette aimantation (plus ou moins facilement lorsqu on le retire. E-4-14 Corrigé du matériel reproductible Reproduction autorisée Éditions Grand Duc Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E-4-31

8 9. Un aimant droit est suspendu à un support universel par un étrier (voir l illustration ci-dessous. Les mouvements de rotation de la corde dans le sens antihoraire sont représentés par la flèche 1, et la flèche suit les rotations dans le sens horaire. Des objets peuvent être placés aux positions A, B, C et D. a Que se produira-t-il si l on place un ballon en caoutchouc chargé négativement à la position A? À la position B? Le ballon en caoutchouc n est pas un aimant et l aimant n est pas chargé. Mais comme l aimant est métallique, il pourra se charger par influence (ou induction et se polariser, donc il sera probablement attiré dans les deux positions. Avec le ballon en A, il tournera dans le sens 1, et en B, dans le sens. b Quelles combinaisons de pôle et de position (par exemple : le pôle X à la position Y produisent une rotation antihoraire de l aimant suspendu? Un sud à la position B (répulsion, un nord à la position C (attraction, un sud à la position A et un nord à la position D. 30. En reproduisant le schéma ci-dessous, dessinez la position que prendrait l aiguille d une boussole placée près de chacun des pôles de l aimant droit illustré. Les cercles représentent le boîtier de la boussole, le point intérieur étant le pivot de l aiguille. Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E Trois aimants forts sont placés dans un cylindre gradué qui restreint leurs déplacements latéraux. a Reproduisez et complétez l illustration en précisant les pôles de chacun des aimants si le pôle supérieur de l aimant du dessus est un pôle sud. Comme les aimants doivent se repousser pour léviter ainsi, des pôles identiques doivent se faire face. Donc de haut en bas : sud et nord, nord et sud, sud et nord. b Que se produira-t-il si, sans changer les pôles des deux autres aimants, l on inverse ceux de : 1 l aimant du dessous? L aimant du milieu sera alors attiré. Les deux aimants du dessous seront collés et l aimant du dessus continuera à léviter. l aimant du milieu? Les trois aimants seront collés dans le fond du cylindre. 3 l aimant du haut? Les deux aimants du dessus seront collés et léviteront (probablement au-dessus de celui du dessous. E-4-16 Corrigé du matériel reproductible Reproduction autorisée Éditions Grand Duc E-4-3 Corrigé du matériel reproductible Merci de ne pas photocopier Éditions Grand Duc

9 3. Complétez les schémas ci-dessous, puis, en vous basant sur l orientation des boussoles, placez les pôles sur les aimants droits et orientez les lignes de champ magnétique. a b 33. Sur le schéma ci-dessous, placez : a les quatre pôles suivants : le pôle Nord géographique (Ng, le pôle Sud géographique (Sg, le pôle Nord magnétique (Nm et le pôle Sud magnétique (Sm ; b les pointes de flèche qui orientent les lignes de champ magnétique. 34. À partir de la ligne de champ magnétique fictive illustrée ci-dessous, placez des aiguilles de boussole correctement orientées aux trois points indiqués. Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E Compléter le schéma ci-dessous, en plaçant des aiguilles de boussole correctement orientées dans les cercles autour de l aimant droit. 36. Quelles erreurs ont été commises dans la représentation des lignes de champ magnétique ci-dessous? Les lignes de champ de l aimant de droite sont orientées dans le mauvais sens. La forme des lignes de champ serait correcte si les deux aimants étaient indépendants, mais s ils sont l un près de l autre, les deux nord se repoussent et il faudrait dessiner la résultante des forces : deux lignes de champ ne peuvent pas se croiser. 37. Deux aimants droits sont placés côte à côte (voir le schéma ci-dessous. Sur un schéma semblable, tracez et orientez les lignes de champ magnétique entre et autour des deux aimants. E-4-18 Corrigé du matériel reproductible Reproduction autorisée Éditions Grand Duc Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E-4-33

10 SYNTHÈSE 38. Résumez les comportements de deux objets rapprochés selon leurs charges en complétant un tableau semblable à celui ci-dessous. Placez un astérisque aux comportements qui résultent d une polarisation d un des objets. Loi des charges et polarisation CHARGE DE L OBJET 1 CHARGE DE L OBJET COMPORTEMENT Positive Positive Répulsion. Positive Négative Attraction. Positive Neutre Légère attraction. Négative Négative Répulsion. Négative Neutre Légère attraction. Neutre Neutre Aucune force. 39. Énumérez les différentes façons de charger un objet qui ont été vues dans le chapitre 4 et rédigez un court texte décrivant la méthode et les résultats obtenus (s il y a lieu, précisez les différences de comportement entre les conducteurs et isolants. Première méthode : charger deux objets neutres par frottement ou contact entre les deux. Durant le frottement ou le contact, des électrons passent d un objet à l autre. Le matériau qui attire le plus les électrons devient chargé négativement et celui qui les perd devient chargé positivement. Si l un des objets frottés est conducteur, il doit être isolé pendant le frottement pour garder sa charge. Deuxième méthode : charger un objet par contact avec un autre objet chargé. Pendant le contact d un objet chargé et d un objet neutre, certaines des charges en surplus peuvent être données à l objet neutre, qui deviendra donc chargé du même signe. Le contact est beaucoup plus efficace si les objets sont métalliques, parce que les électrons peuvent se déplacer et se répartir sur toute la surface des objets. Troisième méthode : charger un objet neutre (conducteur seulement par induction (ou influence avec un autre objet chargé. En approchant un objet chargé d un objet neutre, celui-ci se polarise. Si on le met à la terre en le touchant brièvement tout en laissant l objet chargé sur place, l objet initialement neutre deviendra de la charge opposée à l objet chargé. Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E Une balle A conductrice et chargée positivement est mise en contact avec une balle B conductrice. Une balle en caoutchouc C est frottée avec un tissu en coton. Deux balles conductrices D et E sont en contact lorsque l on approche la balle B (après son contact avec A, puis séparées en gardant B près de D. a Nommez la méthode par laquelle chacune des balles a été chargée. La balle B a été chargée par contact entre conducteurs, la balle C, par frottement et les balles D et E, par induction ou influence. b Expliquez quel sera le comportement des balles E et C si on les approche l une de l autre. La balle B est positive parce que A a partagé ses surplus de charges positives avec elle. Le caoutchouc de C étant plus haut dans la série électrostatique que le coton, C devient négative. En approchant B, positive, de D et E, les charges négatives se sont approchées (donc majoritaires en D, laissant E positive. La séparation physique sous influence a concrétisé cet état. Donc : E positive et C négative devraient s attirer. E-4-0 Corrigé du matériel reproductible Reproduction autorisée Éditions Grand Duc E-4-34 Corrigé du matériel reproductible Merci de ne pas photocopier Éditions Grand Duc

11 41. En vous aidant du concept de polarisation et sans regarder les résultats de laboratoire, déterminez par raisonnement le comportement des feuillets d un électroscope dans les situations suivantes. a CHARGE DE L ÉLECTROSCOPE POSITION INITIALE DES FEUILLETS MÉTALLIQUES CHARGE DE L OBJET APPROCHÉ COMPORTEMENT DES FEUILLETS À L APPROCHE DE L OBJET + Les feuillets s écartent encore plus. Écartés + Les feuillets s approchent d abord et peuvent s écarter ensuite. Neutre Les feuillets s approchent légèrement. + Les feuillets s approchent d abord et peuvent s écarter ensuite. Écartés Les feuillets s écartent encore plus. Neutre Les feuillets s approchent légèrement. + Les feuillets s écartent. Neutre Rapprochés - Les feuillets s écartent. Neutre Les feuillets restent rapprochés. b Rédigez des propositions qui généralisent le comportement de l électroscope selon qu il est chargé ou pas et selon qu il est de même signe que l objet rapproché ou non. Lorsque l électroscope n est pas chargé, ses feuillets sont rapprochés et s écartent seulement si on approche un objet chargé, peu importe le signe de la charge. Lorsque l électroscope est chargé, ses feuillets sont écartés. Ils s écarteront encore plus si on approche un objet chargé de même signe, et s approcheront si on approche un objet neutre ou de signe contraire. Cependant, ils peuvent commencer à s écarter si l objet est assez chargé et assez rapproché (ce qui n arrivera pas si l objet est neutre. Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E a Sur un schéma semblable à celui ci-dessous, ajoutez les pôles et les lignes de champ orientées entre les deux aimants. b Reproduisez et complétez le schéma ci-contre en ajoutant les pôles et les lignes de champ orientées entre chaque paire d aimants (les deux paires ne s influencent pas. c Ajoutez les pôles et orientez les lignes de champ sur un schéma comme celui ci-dessous. E-4- Corrigé du matériel reproductible Reproduction autorisée Éditions Grand Duc Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E-4-35

12 43. Une boussole est placée à six endroits différents autour d un aimant et d un morceau de fer doux. Reproduisez le schéma ci-dessous et orientez les lignes de champ magnétique qui passent par ces boussoles, ainsi que leur aiguille. 44. Quelles sont les différences et les ressemblances entre les concepts de force électrique et de champ électrique? Ressemblances : Les deux quantités sont orientées (ce sont des vecteurs. La direction des deux vecteurs est la même. Leurs valeurs varient selon l inverse du carré de la distance. Leurs valeurs sont proportionnelles à la valeur de la charge qui génère le champ (q1. Différences : Si la direction des vecteurs est la même, le sens peut être différent selon le signe de q. Le champ est par définition une force «possible» sur une charge positive et toujours de valeur unitaire (q 1 C, tandis que la force est réellement subie par une charge placée au même point, de signe et de valeur variables. Éditions Grand Duc Merci de ne pas photocopier Corrigé du matériel reproductible E Une charge positive q1 de 4 C est représentée ci-dessous. Autour de la charge, trois points sont illustrés. a À l aide des données indiquées sur le schéma ci-dessous : 1 dessinez les trois vecteurs qui représentent le champ électrique à ces trois points (sans tenir compte de leur longueur ni de la force illustrée sur le point 3 ; calculez la valeur du champ électrique au point 1. E 9 x 10 7 N/C b Une charge de 0,5 C est placée au point. Si elle subit une force de 11,5 N, à quelle distance se trouve-t-elle? Elle se trouve à 4 cm (0,04 m. c Quels sont la valeur et le signe de la charge placée au point 3 et qui subit la force illustrée? La charge est négative et sa valeur est de 5, C. E-4-4 Corrigé du matériel reproductible Reproduction autorisée Éditions Grand Duc E-4-36 Corrigé du matériel reproductible Merci de ne pas photocopier Éditions Grand Duc