PROGRAMME DE COLLES DE PHYSIQUE Semaine 19 du 19 au 23 Mars 2018

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1 PROGRAMME DE COLLES DE PHYSIQUE Semaine 19 du 19 au 23 Mars 2018 Cours M3 : Energétique du point matériel (EXERCICES) I. Travail et puissance d'une force II. Théorème de l'énergie cinétique III. Forces conservatives et énergie potentielle IV. Théorème de l'énergie mécanique V. Mouvement conservatif unidimensionnel Cours M4 : Mouvement d'une particule chargée dans un champ électrique ou magnétique (COURS) I. Force de Lorentz exercée sur une particule chargée Expression : F =q( E + v B) Puissance de la force de Lorentz : on montre que seule la composante électrique de la force de Lorentz est responsable de la variation d'énergie cinétique de la particule. II. Action d'un champ électrique uniforme et stationnaire sur une particule chargée Position du problème : Mouvement dans un champ électrique E uniforme et stationnaire Dans les conditions expérimentales, le poids de la particule est toujours négligeable devant la composante électrique de la force de Lorentz Étude dynamique : on établit les équations horaires et l'équation de la trajectoire (parabolique) Étude énergétique : définition de l'énergie potentielle électrique E p (M )=qv (M )+cte, définition du potentiel électrique et calcul de la variation d'énergie cinétique de la particule : pour faire varier l'énergie cinétique et donc la norme de la vitesse de la particule, il faut fournir une différence de potentiel telle que : Δ E c ( M )=q U AB Application : principe de l'oscilloscope analogique : Étude de l'accélération des électrons à la sortie du canon à électrons et expression de la déviation verticale. III. Action d'un champ magnétique uniforme et stationnaire sur une particule chargée Position du problème : Mouvement dans un champ électrique B uniforme et stationnaire Dans les conditions expérimentales, le poids de la particule est toujours négligeable devant la composante magnétique de la force de Lorentz Étude énergétique : La composante magnétique de la force de Lorentz ne travaille pas Étude dynamique : - Par application du PFD, on obtient des équations différentielles COUPLEES. Les deux méthodes de résolution sont abordées : substitution et changement de variable complexe. - Caractéristiques du mouvement dans la direction de B : MRU - Caractéristiques du mouvement dans le plan normal à B : MCU

2 La conjugaison des deux mouvements conduit à un mouvement HELICOÏDAL. Cas particuliers : Vitesse initiale parallèle à B et Vitesse initiale perpendiculaire à B Dans le cas où v 0 est perpendiculaire à B, on retrouve les caractéristiques du mouvement (vitesse angulaire, pulsation cyclotron...) grâce à une étude dynamique du MCU Applications : spectromètre de masse et cyclotron (étudiés en TD)

3 Capacités exigibles Cours M3 : Energétique du point matériel Reconnaître les cas de conservation de l'énergie mécanique. Utiliser les conditions initiales. Énoncer et utiliser le TEM sur des applications simples. Savoir déduire d un graphe d énergie potentielle le comportement qualitatif : trajectoire bornée ou non, mouvement périodique, positions de vitesse nulle. Déduire d un graphe d énergie potentielle l existence de positions d équilibre, et la nature stable ou instable de ces positions. Savoir calculer les positions d'équilibre et étudier leur stabilité. Savoir mener une étude énergétique du pendule simple : énergie potentielle, intégrale première de l'énergie mécanique, tracé du graphe, détermination des positions d'équilibre et étude de leur stabilité, retrouver l'edl2 dans le cadre des faibles oscillations autour de la position d'équilibre stable. Savoir identifier le modèle de l'oscillateur harmonique dans le cadre des petits mouvements autour d'une position d'équilibre stable. Cours M4 : Mouvement d'une particule chargée Évaluer les ordres de grandeur des forces électrique ou magnétique et les comparer au poids des particules. Montrer qu un champ électrique peut modifier l énergie cinétique d une particule alors qu un champ magnétique peut courber la trajectoire sans fournir d énergie à la particule. Savoir mettre en équation le mouvement dans un champ électrique E et le caractériser comme un mouvement à vecteur-accélération constant. Savoir effectuer un bilan énergétique pour calculer la vitesse d'une particule chargée accélérée par une différence de potentiel. Savoir mettre en équation le mouvement dans un champ électrique B et montrer que la conjugaison des deux mouvements conduit à un mouvement hélicoïdal. Savoir utiliser la méthode de substitution ou de changement de variable complexe pour établir l'équation cartésienne du cercle.

4 FICHE D'ÉVALUATION KHÔLLE PCSI Semaine 19 NOM : PRÉNOM : NOTE : Question de cours : Exercice(s) : Compétences transversales A B C D Commentaires S'approprier et analyser le problème Savoir réinvestir les résultats de cours dans de nouvelles situations Savoir faire preuve d'initiatives et de réactivité face aux indications fournies par l'examinateur Savoir présenter son travail : tableau organisé et soigné, communication claire et convaincante Savoir mener un calcul sans erreurs Compétences disciplinaires A B C D Commentaires Connaître et utiliser les théorèmes énergétiques : TEC, TPC, TEM, TPM Établir l'intégrale première du mouvement puis obtenir l'équation différentielle du mouvement Savoir identifier le modèle de l'oscillateur harmonique dans le cadre des petits mouvements autour d'une position d'équilibre stable Savoir déterminer des positions d'équilibre et étudier leur stabilité Savoir mettre en équation le mouvement dans un champ électrique uniforme et stationnaire Savoir effectuer un bilan énergétique pour calculer la vitesse d'une particule chargée accélérée par une tension Savoir mettre en équation le mouvement dans un champ magnétique uniforme et stationnaire (mvt hélicoïdal) M3 : Energétique du point matériel M4 : Mouvement d'une particule chargée

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