Mercredi 12 mars 2014

Pour cette semaine de rentrée, les colles de Physique sont consacrées :

  • à l’aspect énergétique de la mécanique du point (révisions),
  • et au mouvement de particules chargées dans un champ électrique uniforme et permanent, et dans un champ magnétique uniforme et permanent.

Ces deux chapitres ont été entièrement traités.

QUESTIONS DE COURS DE CETTE SEMAINE
Q1. Expliquer pourquoi un champ magnétique peut dévier la trajectoire d’une particule chargée mais ne peut pas modifier la norme de sa vitesse (une démonstration est demandée).
Q2. Une particule chargée

    \[q\]

et de masse

    \[m\]

, initialement immobile en

    \[A\]

, est accélérée par une tension (différence de potentiel)

    \[U = V_A-V_B\]

appliquée entre deux plaques

    \[A\]

et

    \[B\]

. Par un bilan énergétique, déterminer sa vitesse atteinte en

    \[B\]

.
Q3. Déterminer le rayon de la trajectoire d’une particule chargée dans un champ magnétostatique uniforme dans le cas où le vecteur-vitesse initial est perpendiculaire au champ magnétique, en admettant que cette trajectoire est stationnaire.
Q4. Enoncer puis démontrer le théorème de l’énergie cinétique. (L’énoncer sous forme différentielle, intégrale, et dérivée.)
Q5. Enoncer puis démontrer le théorème de l’énergie mécanique. (L’énoncer sous forme différentielle, intégrale, et dérivée.)
Q6. Déterminer l’expression d’une l’énergie potentielle au choix du colleur parmi :
– énergie potentielle élastique
– énergie potentielle gravitationnelle (dans le champ gravitationnel créé par un astre ponctuel)
– énergie potentielle de pesanteur
– énergie potentielle électrostatique (dans le champ électrique créé par une autre charge ponctuelle fixe)
– énergie potentielle électrostatique (dans un champ électrique uniforme)

 

COMPÉTENCES ÉVALUABLES CETTE SEMAINE DANS LES EXERCICES

ASPECT ENERGETIQUE DE LA DYNAMIQUE DU POINT
EN REFERENTIEL GALILEEN

Puissance et travail d’une force.
– Reconnaître le caractère moteur ou résistant d’une force.
– Savoir que la puissance dépend du référentiel.
Loi de l’énergie cinétique et loi de la puissance cinétique dans un référentiel galiléen.
– Utiliser la loi appropriée en fonction du contexte.
Energie potentielle. Energie mécanique.
– Établir et connaître les expressions des énergies potentielles de pesanteur (champ uniforme), énergie potentielle gravitationnelle (champ créé par un astre ponctuel), énergie potentielle élastique, énergie électrostatique (champ uniforme et champ créé par une charge ponctuelle).
Mouvement conservatif.
– Distinguer force conservative et force non conservative. Reconnaître les cas de conservation de l’énergie mécanique. Utiliser les conditions initiales.
– Déduire d’un graphe d’énergie potentielle le comportement qualitatif : trajectoire bornée ou non, mouvement périodique, positions de vitesse nulle.
– Expliquer qualitativement le lien entre le profil d’énergie potentielle et le portrait de phase.
Positions d’équilibre. Stabilité.
– Déduire d’un graphe d’énergie potentielle l’existence de positions d’équilibre, et la nature stable ou instable de ces positions.
Petits mouvements au voisinage d’une position d’équilibre stable, approximation locale par un puits de potentiel harmonique.
– Identifier cette situation au modèle de l’oscillateur harmonique.
– Utiliser les résultats fournis par une méthode numérique pour mettre en évidence des effets non linéaires.
Barrière de potentiel.
– Évaluer l’énergie minimale nécessaire pour franchir la barrière.
 

MOUVEMENT DE PARTICULES CHARGEES DANS UN CHAMP ELECTRIQUE
PUIS MAGNETIQUE UNIFORME ET PERMANENT

Force de Lorentz exercée sur une charge ponctuelle : champ électrique et magnétique
– Evaluer les ordres de grandeur des forces électrique ou magnétique et les comparer à ceux des forces gravitationnelles.
Puissance de la force de Lorentz
– Savoir 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.
Mouvement d’une particule chargée dans un champ électrostatique uniforme
– Mettre en équation le mouvement et le caractériser comme un mouvement à vecteur-accélération constant.
– Effectuer un bilan énergétique pour calculer la vitesse d’une particule chargée accélérée par une différence de potentiel.
– Citer une application.
Mouvement circulaire d’une particule chargée dans un champ magnétostatique uniforme dans le cas où le vecteur-vitesse initial est perpendiculaire au champ magnétique
– Déterminer le rayon de la trajectoire sans calcul en admettant que celle-ci est circulaire.
– Citer une application.

Bon travail à tous !