Mouvement en champ uniforme : exercices de sciences physiques terminale – PDF gratuit à télécharger et imprimer

1. Énonce la deuxième loi de Newton en précisant ses conditions de validité.
2. Qu’est-ce qu’un champ uniforme ? Donne deux exemples.
3. Quand dit-on qu’un objet est en chute libre ?
4. Que vaut l’accélération en chute libre ? Dépend-elle de la masse ?
5. Donne la relation entre le champ E, la tension U et la distance d entre deux plaques. Quelle est l’unité de E ?

Dis si chaque affirmation est vraie ou fausse et justifie.

a. En chute libre, un objet lourd tombe avec une accélération plus grande qu’un objet léger.
b. Sans frottement, la trajectoire d’un projectile lancé obliquement est une droite.
c. Au sommet de la trajectoire, la vitesse est nulle.
d. Un électron placé entre deux plaques est attiré vers la plaque positive.
e. La force électrique exercée sur un proton est de sens opposé au champ E.
f. À v₀ fixée, la portée est maximale pour α = 45° (lancer et arrivée à la même hauteur).
g. Le champ électrique peut s’exprimer en N/C.

Une bille est lâchée sans vitesse initiale d’une hauteur h = 20 m au-dessus du sol. On prend l’axe Oy vertical vers le haut, l’origine au sol.

1. Établis l’équation horaire y(t) à partir de la deuxième loi de Newton.
2. Calcule la durée de la chute.
3. Calcule la vitesse à l’arrivée au sol, en m/s puis en km/h.

Du bord d’une falaise de hauteur h = 45 m, on lance horizontalement une pierre avec v₀ = 15 m/s.

1. Écris les équations horaires x(t) et y(t) dans un repère d’origine le pied de la falaise.
2. Calcule la durée de la chute.
3. À quelle distance du pied de la falaise la pierre touche-t-elle le sol ?
4. Calcule la valeur de la vitesse à l’impact et l’angle qu’elle fait avec l’horizontale.

Un objet est lancé verticalement vers le haut. Le graphique donne la composante verticale v_y de sa vitesse en fonction du temps.

1. Quelle est la nature de la courbe ? Que peut-on en déduire sur l’accélération ?
2. Détermine graphiquement l’accélération verticale a_y (valeur et signe) et compare à g.
3. À quel instant l’objet est-il au sommet de sa trajectoire ?
4. Calcule la hauteur maximale atteinte. À quel instant l’objet revient-il à son point de départ, et avec quelle vitesse ?

Une balle lancée depuis le sol suit la trajectoire ci-dessous (sans frottement).

1. Lis la portée R et la flèche h.
2. Sachant que h ÷ R = tan α ÷ 4, calcule l’angle de lancer α.
3. Déduis la valeur de v₀ à partir de la portée.
4. Calcule la durée du vol.

Un projectile est lancé du sol avec v₀ = 20 m/s.

1. Calcule la portée pour α = 30°, 45° et 60°.
2. Que remarques-tu pour 30° et 60° ? Explique avec la formule.
3. Quel angle donne la portée maximale ? Que vaut-elle ?

Une joueuse lance le ballon depuis une hauteur y₀ = 2,0 m avec v₀ = 7,3 m/s sous α = 45°. Le centre du panier est à x = 4,0 m et à la hauteur 3,05 m.

1. Écris l’équation de la trajectoire y(x).
2. Calcule y pour x = 4,0 m. Le ballon atteint-il le panier ?
3. À cet instant, le ballon monte-t-il ou descend-il ? Justifie avec v_y.

Une tension U = 500 V est appliquée entre deux plaques distantes de d = 5,0 cm. Données : e = 1,60 × 10⁻¹⁹ C ; m_p = 1,67 × 10⁻²⁷ kg.

1. Calcule la valeur du champ E.
2. Calcule la force électrique sur un proton et son accélération.
3. Compare cette force au poids du proton. Peut-on négliger le poids ?

Un électron entre entre les plaques d’un condensateur avec la vitesse v₀ = 3,0 × 10⁷ m/s, parallèle aux plaques et à égale distance de chacune. Données : e = 1,60 × 10⁻¹⁹ C ; m = 9,11 × 10⁻³¹ kg.

1. Calcule le champ E entre les plaques et précise sa direction et son sens.
2. Quel est le sens de la force sur l’électron ? Calcule l’accélération.
3. Calcule la durée de la traversée des plaques.
4. Calcule la déviation y_S à la sortie. L’électron sort-il du condensateur ?
5. Calcule l’angle θ du vecteur vitesse avec l’horizontale à la sortie.

Un proton et un électron, initialement au repos, sont accélérés par une tension U = 1 000 V entre deux plaques. Données : e = 1,60 × 10⁻¹⁹ C ; m_p = 1,67 × 10⁻²⁷ kg ; m_e = 9,11 × 10⁻³¹ kg.

1. Calcule l’énergie cinétique acquise par chaque particule.
2. Calcule la vitesse de chacune.
3. Quel est le rapport des deux vitesses ? Le retrouve-t-on avec les masses ?

Une balle est photographiée toutes les 0,10 s. Les positions successives (n = 0 à 6) sont reportées sur le quadrillage ci-dessous, d’échelle 0,10 m par graduation en ordonnée et 0,40 m en abscisse.

1. Détermine la vitesse horizontale de la balle et vérifie qu’elle est constante.
2. À quel instant la balle est-elle au sommet ? Déduis la composante verticale initiale v_0y (g = 9,81 m/s²).
3. Calcule la valeur de v₀ et l’angle de lancer α.
4. Vérifie la hauteur maximale lue sur le graphique par le calcul.

Deux billes d’acier de masses 50 g et 200 g sont lancées du même point, avec la même vitesse initiale et sous le même angle, sans frottement.

1. Écris la deuxième loi de Newton pour chaque bille.
2. Compare leurs accélérations, puis leurs trajectoires et leurs portées.
3. Dans l’air, une bille de polystyrène de même taille s’écarterait de la parabole. Pourquoi ?

Le graphique compare la vitesse d’un objet lâché sans vitesse initiale : en chute libre (droite) et dans l’air, avec frottements (courbe).

1. Quelle courbe correspond à la chute libre ? Justifie.
2. Lis la vitesse à t = 2 s dans chaque cas et compare.
3. Estime la vitesse limite atteinte par l’objet avec frottements.
4. Que vaut approximativement l’accélération initiale sur la courbe B ? Pourquoi ?
5. Explique, avec les forces, pourquoi la courbe B se stabilise.

Une gouttelette d’huile de masse m = 1,0 × 10⁻¹⁵ kg portant la charge q = −3e est en équilibre entre deux plaques horizontales distantes de d = 1,0 cm. Données : e = 1,60 × 10⁻¹⁹ C ; g = 9,81 N/kg.

1. Fais le bilan des forces sur la gouttelette.
2. Quelle relation traduit l’équilibre ? Calcule la valeur du champ E.
3. Calcule la tension U appliquée.
4. Quelle plaque est la plus positive ? Justifie.

Des électrons entrent à v₀ = 2,0 × 10⁷ m/s entre deux plaques de longueur L = 4,0 cm, distantes de d = 2,0 cm, soumises à U = 100 V. Un écran est placé à D = 30 cm de la sortie des plaques. Données : e = 1,60 × 10⁻¹⁹ C ; m = 9,11 × 10⁻³¹ kg.

1. Calcule E puis l’accélération de l’électron.
2. Calcule la durée t de traversée et la déviation y_S à la sortie.
3. Calcule l’angle θ à la sortie.
4. Au-delà des plaques le mouvement est rectiligne uniforme : calcule la déviation totale sur l’écran.

Un électron initialement au repos est accéléré par une tension U = 5,0 kV. Données : e = 1,60 × 10⁻¹⁹ C ; m = 9,11 × 10⁻³¹ kg ; c = 3,00 × 10⁸ m/s.

1. Calcule la vitesse de l’électron.
2. Exprime-la en fraction de c.
3. Pourquoi ce résultat montre-t-il la limite d’un calcul classique ?

Un athlète quitte le sol avec v₀ = 9,0 m/s sous un angle α = 20°. On assimile son centre de masse à un point qui part et retombe à la même hauteur.

1. Calcule la portée du saut.
2. Calcule la durée du saut et la hauteur maximale atteinte par le centre de masse.
3. Pourquoi les sauteurs en longueur utilisent-ils un angle d’environ 20° et non 45° ?

Un joueur frappe un ballon au sol avec v₀ = 22 m/s sous α = 20°. Le mur, haut de 1,80 m, est à 9,15 m ; la ligne de but est à 20,0 m, la barre transversale à 2,44 m. Les frottements sont négligés.

1. Établis l’équation de la trajectoire.
2. Le ballon passe-t-il au-dessus du mur ?
3. À quelle hauteur franchit-il la ligne de but ? Y a-t-il but ?

Un électron et un proton entrent dans le condensateur de l’exercice 10 avec la même vitesse v₀, au même endroit. Données : m_e = 9,11 × 10⁻³¹ kg ; m_p = 1,67 × 10⁻²⁷ kg.

Rédige une comparaison argumentée des deux mouvements : sens de la déviation, rapport des accélérations, rapport des déviations à la sortie, en justifiant que le poids est négligeable dans les deux cas. Que peux-tu dire de la trajectoire du proton à l’échelle d’un dessin du condensateur ?