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Etablissement scolaire : LPNDS Devoir N°2 de physique (2020-2021) : Classe : TS

Etablissement scolaire : LPNDS Devoir N°2 de physique (2020-2021) : Classe : TSE ; Durée : 3H ; Coefficient : 3 I- Questions de cours :(5 pts) 1) Définir : la déflexion électrique, la déflexion magnétique 2)Donner l’expression de la force magnétique s’exerçant sur une particule chargée en mouvement à la vitesse V dans un champ magnétique B . Quelle est sa puissance ? 3)Un satellite est placé sur une orbite circulaire dans le plan équatorial de la terre. Etablir l’expression de sa vitesse et celle de sa période en fonction de g0 et de l’altitude h à laquelle il évolue. 4) Donner une utilisation des satellites géostationnaires et dire dans quel référentiel est – il immobile ? 5) Donner l’expression littérale de la troisième loi de Kepler et énoncer la loi. II- Exercices :(15 pts) Exercice 1 : (8pts) Un spectrographe de masse comprend successivement (voir figure) - Une chambre d’ionisation (1) - Une zone d’accélération (2) - Un filtre de vitesse (3) Les ions produits en (1) et accélérés en (2) arrivent en O1 avec des vitesses v de même direction et de même sens mais ayant des valeurs différentes. Afin de sélectionner une seule vitesse v en O2, on dispose dans le filtre de vitesse d’un champ magnétique B orienté comme l’indique la figure, et d’un champ électrique E perpendiculaire à B. 1) Donner les expressions vectorielles ⃗ Fm et ⃗ FE des forces magnétiques et électriques agissant sur un ion de charge q et de vitesse ⃗ V . 2) Indiquer, au moyen de petits schémas, le sens de la force magnétique ⃗ Fm et orienter correctement le champ électrique pour que la force ⃗ FE soit opposés à ⃗ Fm (On envisagera q>0 et q<0 sur deux schémas différents). 3) Lorsque les forces ⃗ FE et ⃗ Fm se compensent, montrer que la vitesse des ions a une valeur Vo en O2 qui s’exprime simplement en fonction de E et B et ceci quel que soit la charge électrique q. Calculer numériquement Vo si E = 103v/m et B = 0,1T. 4) Les ions ainsi sélectionnés arrivent dans la chambre de déviation où ils ne sont soumis qu’au seul champ magnétique précédent. Les trajectoires sont circulaires de rayon respectif R1 et R2. 4-1 D’après l’examen de la figure représenté ⃗ Fm en O2, donner le signe des charges électriques des ions. 4-2 Les rayons des trajectoires sont R1 = 3,65cm et R2 = 3,86cm. Rappeler l’expression du rayon de la trajectoire. En déduire les valeurs K1=m1 |q| ; K2=m 2 |q| des ions déviés par le champ magnétique. 4-3 On donne |q|= 1,6.10 −19C. Calculer m1 et m2 et identifier les ions parmi ceux donnés ci- dessous : Page 1 Exercice2 ( 7pts) Satellite terrestre : Le mouvement d’un satellite (S) de masse ms est étudié dans le référentiel géocentrique considéré galiléen. La terre est assimilée à une sphère homogène de masse MT, de rayon RT et de centre O. La période de révolution de la terre autour de l’axe de pôles est notée Tt. Le satellite (S) est assimilable à un point matériel O’ se déplaçant d’un mouvement uniforme sur une trajectoire circulaire de rayon r=RT+h, h étant l’altitude du satellite. On donne :MT= 6∗10 24. ; RT=6380 km ; G= 6.67∗10 −11 SI ; Tt=86164s 1.1 Donner l’expression de la valeur F de la force gravitationnelle ⃗ F exercée par la terre sur le satellite en fonction de ms, MT, h et G(constante universelle de gravitation). 1.2 Reproduire la figure 2 et représenter qualitativement : Le vecteur force ⃗ F au point O’; les vecteurs vitesses et accélérations en un point de la trajectoire. 2.1 Etablir l’expression de la vitesse vs du satellite en Fonction de MT, RT h et G. (0,5pt) 2.2 montrer de que le rapport T 2 (Rt+h) 3 est constant. Satellite est géostationnaire : 3.1 Donner le nom du plan dans lequel se trouve la trajectoire de ce satellite. 3.2 Calculer son altitude h et la vitesse v avec laquelle il parcourt sa trajectoire. 3.3 La lune est un satellite de la terre. Soit O’ son centre d’inertie Sa période révolution autour de la terre est : TL=27 j 07h 43 min. Calculer la distance D séparant le centre d’inertie de la terre et de la lune, en utilisant la 3eme loi de KEPLER. 4. On admet que D=3,84.105km et on donne ML=7,34.1022kg On place entre ces deux astres à une distance d par rapport au centre de la terre un satellite S’de masse m’au point I. Page 2 4.1 On suppose que le centre d’inertie de la Terre, de la Lune et du satellite S’sont alignés. Exprimer les valeurs F1 et F2 des forces respectivement exercées par la terre et par la Lune sur S’, en fonction de G, MT, ML, m’, d et D. 4.2 Calculer d si F1=F2. Page 3 uploads/Geographie/ t-science-devoir.pdf