Série d'exercices : Force et champ électrostatiques - 1er s
Classe:
Première
Exercice 1 : pendule et force électrostatique
Une bille de masse m=20g est suspendu à un fil de longueur l=10cm.
La bille porte une charge électrique q que l'on souhaite déterminer.
En approchant horizontalement une tige isolante qui porte à son extrémité une charge q′=+10−6C, la bille est attirée par la tige et le fil fait un angle α=20∘ par rapport à la verticale.
Les charges q et q′ sont situés à une distance d=2cm.
1) Faire le bilan des forces qui s'exercent sur la bille et les représenter
2) Écrire la condition d'équilibre
3) Déterminer l'intensité de la force électrostatique.
4) En déduire la charge q portée par la bille. (k=1/(4πε0)=9.0⋅109N⋅m2⋅C−2)
![](https://sunudaara.com/sites/default/files/fig520.png)
Exercice 2
On place aux points A et B deux boules métalliques identiques (B1) et (B2) supposées ponctuelles.
La distance entre A et B est égale à 2a.
La boule (B1) porte la charge −q et la boule (B2) porte la charge +q (q>0).
On note O milieu du segment [AB] et (Δ) la médiatrice de [AB] contenue dans le plan de la figure.
Soit M un point de (Δ) distant de h du point O. (figure 1)
1.1. Définir la ligne de champ.
Représenter le spectre électrique des deux charges placées en A et B.
1.2. Représenter les vecteurs champs électriques →EA et →EB créés respectivement par B1 et B2 au point M.
1.3. Exprimer la valeur de EA et de EB en fonction de K, q, a et h.
Montrer que EA=EB⋅K=9⋅109u.s.i
2. On notera →EM le champ électrique créé par les deux boules (B1) et (B2) au point M.
2.1. Déterminer les coordonnées EMx et EMy du vecteur →EM dans le repère orthonormé (M, →i, →j) en fonction de K, q, a et h.
2.2. Montrer que :
→EM=−2K|q|cosα(a2+h2)→i, avec cosα=a√a2+h2
2.3. Déduire la valeur de →EM au point O.
On donne a=10cm, h=17.33cm et q=0.3μC.
![](https://sunudaara.com/sites/default/files/fig521.png)
Exercice 3
Deux charges électriques ponctuelles sont placées aux points A et B distants de 10cm.
La charge placée en A vaut qA=−3⋅10−9C celle placée en B vaut qB=4⋅10−9C.
1. Énoncer la loi de Coulomb.
2.1. Déterminer les caractéristiques de la force exercée par A sur B et la force exercée par B sur A.
2.2. Représenter →FB/A et →FA/B
3. Déterminer les caractéristiques du vecteur champ électrostatique →E créé par ces deux charges électriques en ces deux cas, puis les représenter.
3.1. Au milieu O de segment AB.
3.2. En un point M de la médiatrice de AB, situé à 5cm de O.
4. Quelles sont les caractéristiques d'un champ électrique uniforme (donner un schéma de spectre de champ)
![](https://sunudaara.com/sites/default/files/fig522.png)
Exercice 4
Trois pendules électrostatiques sont formés de trois petites sphères identiques A, B et C, supposées ponctuelles, de même masse m=10.0g, suspendues par des fils de masses négligeables à un support horizontal de telle façon que leurs points d'attache respectifs A′, B′ et ce sont régulièrement espacés : A′B′=B′C′ (voir Figure ci-dessous).
![](https://sunudaara.com/sites/default/files/fig531.png)
Les deux fils supportant les sphères A et C sont de même longueur l, égale à 25.0cm, et forment tous les deux un angle α avec la verticale.
Le fil supportant la sphère B est vertical et d'une longueur l′ telle que les centres de A, B et C sont alignés dans un même plan horizontal.
Les sphères A et C portent chacune la même charge : q=+200nC
La sphère B porte une charge q′ de valeur double de celle de q.
Données :
Distance d entre les centres de A et B (égale à la distance entre les centres de B et C) : d=10.0cm.
Accélération de la pesanteur : g=9.81m⋅s−2.
Interaction de Coulomb : k=9.00⋅10u S.I
Interaction de Newton : G=6.67⋅10−11u S.I
On néglige les actions de l'air, ainsi que les interactions gravitationnelles entre les sphères.
1. Quel est le signe de q′ ?
Justifier.
2. On s'intéresse à l'équilibre de A.
2.1. Faire le bilan des forces qui s'exercent sur A, sans faire intervenir, pour simplifier, l'action de C.
2.2. Représenter ces forces sur un schéma, sans souci d'échelle mais en respectant leurs directions, leurs sens et leurs points d'application.
2.3. Énoncer la condition d'équilibre de A.
2.4. En déduire la valeur de l'angle α.
2.5. Déterminer les valeurs des forces qui s'exercent sur A.
3. On s'intéresse à l'équilibre de B.
3.1. Faire le bilan des forces qui s'exercent sur B.
3.2. Représenter ces forces sur un schéma, sans souci d'échelle mais en respectant leurs directions, leurs sens et leurs points d'application.
3.3. Déterminer les valeurs des forces qui s'exercent sur B.
Exercice 5
Une tige isolante AB (AB=20cm) est inclinée d'un angle α=30∘ avec l'horizontale.
1. On fixe en A une charge q1=−10nC, en B une charge q2=10nC.
Déterminer les caractéristiques du vecteur champ électrostatique au point C situé sur la tige AB à 5cm de A.
2. Une petite sphère (S) portant une charge q=30nC, de masse m, peut coulisser sans frottement sur la tige AB, elle s'immobilise en C.
a) Faire le bilan des forces qui s'exercent sur la sphère (S) ; les représenter.
b) En appliquant la condition d'équilibre de la sphère, calculer la masse m et la valeur de la réaction de la tige.
On donne g=10N⋅Kg−1.
3. En maintenant la tige AB horizontalement, la sphère reste-t-elle immobile ?
Si non dans quel sens va-t-elle se déplacer ?
![](https://sunudaara.com/sites/default/files/fig532.png)
Exercice 6
On donne la constante électrostatique K=9⋅109 u.s.i.
Le schéma de la figure 1 représente deux pendules électrostatiques, de même longueur l=20cm, portant, respectivement, à leurs extrémités libres deux boules supposées ponctuelles A et B de même masse et de charges respectives qA=−qB=2μC.
![](https://sunudaara.com/sites/default/files/fig533.png)
Lorsqu'on rapproche les pendules l'un de l'autre, ils prennent la position d'équilibre indiquée sur le schéma de la figure
À l'équilibre, chacun des deux pendules fait un angle α très petit avec sinα=0.1.
La distance séparant les deux points d'attache O et O′ des deux pendules est OO′=14cm.
1. Calculer la distance AB à l'équilibre.
2.1. Représenter toutes les forces exercées sur les boules A et B
2.2. Déterminer la valeur de la force de l'interaction électrique existant entre les boules A et B.
Exercice 7
Deux points A et B sont situés sur la circonférence d'un cercle de centre O et de rayon R=6cm.
En A et B on place respectivement deux boules ponctuelles chargées de même charge qA=qB=2⋅10−7C et de masses négligeables.
1. Représenter les forces électriques →FA/B et →FB/A qui constituent l'interaction électrique existant entre qA et qB.
Donner les caractéristiques de →FA/B
2.1. Représenter, au point O, les vecteurs champs électrostatiques de →EA et →EB créés respectivement par les charges qA et qB.
Calculer la valeur de →EA
2.2. Déterminer les caractéristiques du vecteur champ électrostatique →EO=→EA+→EB créé par l'ensemble des deux charges au point O.
3. Au point O, on place un corps ponctuel (C) de masse m qui porte une charge de valeur absolue |Q0|=2⋅10−8C, il prend une position d'équilibre stable.
3.1. Représenter la force →F exercée par qA et qB sur la charge Q0.
Quel est le signe de Q0 ?
Justifier la réponse.
3.2 Écrire la condition d'équilibre du corps ponctuel (C).
Calculer la masse m du corps
![](https://sunudaara.com/sites/default/files/fig534.png)
Exercice 8
Une sphère de centre S est attachée au point O par un fil isolant de masse négligeable et de longueur l=40cm.
La sphère, de masse m=2⋅10−2kg, porte une charge q.
g=10N⋅kg−1
![](https://sunudaara.com/sites/default/files/fig535.png)
1. On la soumet à un champ électrique uniforme E, horizontal, orienté comme indique la figure.
Le fil s'incline alors d'un angle α=10∘ par à rapport à la verticale.
En déduire la valeur de la charge q.
Intensité du champ électrostatique E=103V⋅m−1
2. On superpose au champ électrostatique précédent, un autre champ électrostatique uniforme E′ vertical.
Quels doivent être le sens et l'intensité du champ E′ pour que le fil s'incline sur la verticale d'un angle α=20∘
3. Quelle serait l'inclinaison α′ si l'on changeait le sens de E′ sans modifier son intensité
Exercice 9
Deux petites sphères métalliques et identiques sont fixées aux extrémités A et B d'une barre.
On a : AO=OB=l
Les sphères sont chargées et portent respectivement les charges q et −q.
On introduit ce dispositif entre deux plaques parallèles.
Lorsque celles-ci sont branchées à la terre, la barre AOB est parallèle aux plaques, et le fil n'est pas tordu.
Lorsque les plaques sont branchées à la terre, la barre AOB est parallèle aux plaques, et le fil n'est pas tordu.
Lorsque les plaques sont branchées à un générateur haute tension, il existe un champ électrostatique uniforme →E perpendiculaire aux plaques.
La barre AOB fait alors un angle α avec la direction précédente et reste horizontale
![](https://sunudaara.com/sites/default/files/fig536.png)
1. Calculer en fonction de l, α, q et E le moment des forces électrostatiques par rapport à l'axe de rotation du dispositif.
2. Calculer le moment du poids du système par rapport à l'axe de rotation.
3. Le dispositif étant en équilibre, le fil de torsion exerce des actions mécaniques dont le moment par rapport à l'axe de rotation est proportionnel à l'angle de rotation α :
|MΔ|=Cα Avec C=13.5⋅10−7N⋅m⋅rad−1.
Calculer q sachant que : E=272V⋅m−1 ; l=15cm ; α=π6.
Exercice 10
En deux points A et B tels que OA=OB=d, sont placées deux charges ponctuelles égales q et de même signe.
On se propose de déterminer le champ électrique crée par ces deux charges en un point M tel que OM=x.
Établir, en fonction de x, d et q ; l'expression du champ électrique crée par les deux charges au point M dans chacun des cas représentés sur les schémas suivants :
1) Le point M se trouve sur le segment [AB] entre les points O et B :
![](https://sunudaara.com/sites/default/files/fig537.png)
2) Le point M se trouve dans l'alignement de AB à l'extérieur du segment [AB] du côté du point B :
![](https://sunudaara.com/sites/default/files/fig538.png)
3) Le point M est situé sur la médiatrice du segment [AB] :
![](https://sunudaara.com/sites/default/files/fig539.png)
Exercice 11
Une charge ponctuelle Q=−40nC est placée au sommet A d'un carré ABCD de 2.0cm de côté
1. Déterminer les caractéristiques (valeur, direction et sens) des champs électriques →EB et →EC créés par cette
charge aux points B et C.
2. Représenter ces champs
3. Représenter quelques lignes de champs autour du point A.
4. On place une charge ponctuelle q=−10nC au point C.
4.1. Déterminer les caractéristiques (valeur, direction et sens) de la force électrique s'exerçant sur cette charge.
4.2. Représenter cette force
4.3. Représenter, à la même échelle, la force électrique qui s'exerce sur la charge Q.
Commentaires
Imad Msaadi (non vérifié)
dim, 03/14/2021 - 20:19
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correction de l'exercices électrostatique
Jean_Berchmans_... (non vérifié)
sam, 09/25/2021 - 08:47
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AIDER MON ENFANT EN COURS DE PHYSISQUE
Sidiahmedaly (non vérifié)
jeu, 03/10/2022 - 21:08
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Correction calorimetr
Hanane (non vérifié)
mer, 02/08/2023 - 19:38
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Reponse
Saif (non vérifié)
mar, 11/14/2023 - 17:20
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Résoudre un problème de physique
Saif (non vérifié)
mar, 11/14/2023 - 17:20
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Résoudre un problème de physique
Mark (non vérifié)
dim, 03/21/2021 - 12:29
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Appréciait
Mark (non vérifié)
dim, 03/21/2021 - 12:29
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Appréciait
Fatima Dia (non vérifié)
ven, 04/09/2021 - 12:12
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Dered (non vérifié)
dim, 06/27/2021 - 22:25
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Ggyyy
Malick cisse (non vérifié)
dim, 06/27/2021 - 22:28
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DJE BI (non vérifié)
mer, 04/14/2021 - 15:42
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mer, 04/14/2021 - 15:43
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Y'a des bons exercices qui
Khota fall (non vérifié)
mar, 05/18/2021 - 08:37
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D'avoir des bonnes note en classe
Mame Abdoulaye Niass (non vérifié)
mer, 04/27/2022 - 01:06
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Mouhamadou Mokh... (non vérifié)
lun, 06/07/2021 - 22:09
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Comment calculer l'angle d'un
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Exercices champ et potentiel electrostatique
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correction de l'exercice de champ electrostatique
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Anonyme (non vérifié)
ven, 02/17/2023 - 14:21
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correction des exercices svp,
Tézia (non vérifié)
ven, 01/12/2024 - 05:59
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Ça va aller
Asensow (non vérifié)
mar, 01/30/2024 - 01:53
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Merci infiniment
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