De plus, ce contrôle de physique-chimie de première sur les forces et les champs dure 55 minutes. De plus, la calculatrice est autorisée. Ensuite, le barème total est de 20 points ; la présentation, les unités et les chiffres significatifs sont pris en compte dans chaque question.
Données : constante de gravitation G = 6,67 × 10−11 N·m2·kg−2 ; constante de la loi de Coulomb k = 9,0 × 109 N·m2·C−2 ; charge élémentaire e = 1,60 × 10−19 C ; masse de la Terre MT = 5,97 × 1024 kg ; rayon de la Terre RT = 6,37 × 106 m ; intensité de la pesanteur à la surface de la Terre g = 9,81 N·kg−1.
Donc, ce contrôle est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.
Le sujet du contrôle sur les forces et les champs
Exercice 1 : questions de cours (3 points)
- Citer les quatre interactions fondamentales. (1 point)
- Enfin, dans un noyau, les protons se repoussent électriquement. Quelle interaction assure pourtant la cohésion du noyau ? Quelle est sa portée approximative ? (1 point)
- Vrai ou faux ? Justifier : « Deux charges électriques de même signe s’attirent. » (0,5 point)
- Vrai ou faux ? Justifier : « La force gravitationnelle exercée par la Terre sur la Lune est plus intense que celle exercée par la Lune sur la Terre. » (0,5 point)
Exercice 2 : attraction entre deux sphères (5 points)
Ensuite, deux sphères homogènes, de masses m1 = 2,0 kg et m2 = 5,0 kg, sont placées dans l’espace, loin de tout autre corps. Par ailleurs, la distance entre leurs centres est d = 0,40 m.
- Donner l’expression de la valeur F de la force gravitationnelle exercée par la sphère 1 sur la sphère 2. (1 point)
- Calculer F. (1,5 point)
- Calculer le poids de la sphère 1 à la surface de la Terre, puis le rapport F ÷ P1. Que peut-on dire de l’interaction entre les sphères ? (1 point)
- Reproduire le schéma et représenter les deux forces gravitationnelles exercées entre les sphères, avec une échelle de votre choix. (0,5 point)
- Puis, on double la distance d. Par quel facteur la valeur F est-elle modifiée ? En déduire sa nouvelle valeur. (1 point)
Exercice 3 : deux charges ponctuelles (5 points)
Ainsi, deux petites boules chargées A et B, assimilées à des charges ponctuelles qA = +3,0 nC et qB = −5,0 nC, sont fixées à une distance AB = 6,0 cm dans l’air (1 nC = 10−9 C).
- Énoncer la loi de Coulomb et donner l’expression de la valeur F de la force électrique entre A et B. (1 point)
- Calculer F. (1,5 point)
- Par ailleurs, cette force est-elle attractive ou répulsive ? Justifier. (1 point)
- Reproduire le schéma et représenter les forces exercées par A sur B et par B sur A. (0,5 point)
- De plus, on remplace la charge de B par −10 nC sans changer la distance. Par quel facteur la valeur de la force est-elle multipliée ? Donner sa nouvelle valeur. (1 point)
Exercice 4 : la station spatiale en orbite (4 points)
Donc, une station spatiale décrit une orbite circulaire à l’altitude h = 400 km au-dessus de la surface terrestre. Puis les astronautes à bord flottent dans la cabine.
- Donner l’expression de l’intensité g(h) du champ de gravitation de la Terre à l’altitude h. (1 point)
- Calculer g(h) pour h = 400 km, puis comparer à la valeur à la surface de la Terre calculée avec la même expression. (1,5 point)
- De quel pourcentage environ g a-t-il diminué par rapport à la surface ? (0,5 point)
- Enfin, un élève affirme : « les astronautes flottent parce qu’il n’y a plus de gravité là-haut ». Critiquer cette affirmation. (1 point)
Exercice 5 : électron entre deux plaques (3 points)
Ensuite, deux plaques métalliques parallèles, distantes de d = 5,0 cm, sont reliées à un générateur qui impose entre elles la tension U = 400 V. Ensuite, la plaque de gauche est reliée à la borne positive. Puis un électron se trouve entre les plaques.
- Calculer la valeur E du champ électrique supposé uniforme entre les plaques. Reproduire le schéma et représenter le vecteur champ électrique. (1 point)
- Calculer la valeur de la force électrique exercée sur l’électron. (1 point)
- Représenter cette force sur le schéma et justifier son sens. (1 point)
