TROISIEME ANNEE
PHYSIQUE : INTERACTIONS DANS L’UNIVERS
BACCARI QUELLE EST LA LOI QUI CARACTERISE UNE INTERACTION ELECTRIQUE ?
1/4 Cr3.1 : INTERACTION ELECTRIQUE
Tawbac.jimdo.com OBJECTIFS
DESCIPLINAIRE
Appliquer la loi de Coulomb
Déterminer les caractéristiques d’un vecteur champ électrique.
Ecrire et appliquer la relation « force-vecteur champ électrique »
Caractériser un champ électrique crée par une charge ponctuelle.
Caractériser un champ électrique crée par deux charges ponctuelles.
Caractériser un champ électrique uniforme.
LINGUISTIQUES Maîtriser le lexique spécifique à la loi de Coulomb : force ; distance ; charge ; interagir et interaction ; s’attire et attraction ; se repousse et répulsion ; spectre ; uniforme ;…
PRE-REQUIS
Force et caractéristiques
Distance ; charge ;
Principe d’interaction de deux charges ponctuelles ;
Unités : de la force, de la charge, de la distance,…
DOCUMENTS
DOCUMENTS Fiche « Elève » : Quel est la loi qui caractérise une interaction électrique ? APPROCHE
METHODOLOGIQUE
Mettre en place une démarche d’investigation : (motivation « d’où parte-t-on? » ; problématisation
« qu’est-ce qu’on cherche? » ; définition de la stratégie de recherche « comment va-t-on faire pour chercher? » ; mise en œuvre du projet « cherchons » ; confrontation « a-t-on trouvé ce que l’on cherche ? » ; terminaison « le savoir construit : ce que l’on a expliqué, compris, découvert)
SEQUENCES PEDAGOGIQUE
DEMARCHE A SUIVRE
SITUATION DECLENCHANTE : (observation, situation problème, questionnements des élèves, découverte active de l’environnement ; recueil des conceptions initiales)
Exemples :
1) Quelle est la loi qui régit l’interaction électrostatique ?
2) Quelle est la loi équivalente au principe fondamental de l’électrostatique ? 3) Quelle est la force due à l’interaction entre deux charges stationnaires ? 4) Cette loi a-t-il une forme scalaire ou vectorielle ?
5) Quel est l’objet de la loi de Coulomb en électrostatique ? 6) Quel est l’objet de l’expérience de Coulomb en électrostatique ? 7) Qu’est-ce que la constante de Coulomb ?
8) Qu’exprime-t-elle la loi de Coulomb en électrostatique ?
9) Quelle est la démarche scientifique qui amenait Coulomb à la découverte de la loi des forces électriques?
PROBLEMATISATION RETENUE PAR LES GROUPES : (1-formulation du problème à résoudre ; 2- Emission d’hypothèses ; 3-recherches des différentes modalités d’investigation à mettre en œuvre ; 4-élaboration de protocoles expérimentaux si-besoin)
1) Quelle est la loi (ou formule) qui caractérise une interaction électrique?
INVESTIGATION : (Observation ; expérimentation ; recherche de documents ; visites et enquêtes ; modélisation)
STRUCTURATION : (confrontation des idées ; formulation des connaissances construites ou description de la stratégie de réflexion ; validation)
CONCLUSION :
1) Enoncer la loi de Coulomb
2) Forme vectorielle de la loi de Coulomb.
EVALUTION Correction à domicile de la fiche de compte rendu « Elève »
Exercice avec correction
TROISIEME ANNEE
PHYSIQUE : INTERACTIONS DANS L’UNIVERS
BACCARI QUELLE EST LA LOI QUI CARACTERISE UNE INTERACTION ELECTRIQUE ?
2/4 Cr3.1 : INTERACTION ELECTRIQUE
Tawbac.jimdo.com A. ENONCE DE LA LOI DE COULOMB
L’EXPERIENCE DE COULOMB
1) PRINCIPE DE L’EXPERIENCE : LA BALANCE DE TORSION La balance de torsion utilisée par Coulomb (1780) est formée d’une sphère métallique A non chargé, fixée à l’extrémité de la tige d’un pendule de torsion. Le contrepoids (C) est fixé à l’autre extrémité de la tige AC qui est un isolant électrique.
On approche de la sphère A une sphère B chargée. Après le contact, la charge de B se répartie entre A et B et les deux sphères se repoussent : Le fil de torsion en argent tourne d’un angle α. Dans ces conditions, la force est proportionnelle à la valeur de la force qu’exerce B sur A
2) LA FORMULE DE COULOMB : RELATIONS DE PROPORTIONNALITE a) INFLUENCE DE LA CHARGE
MESURE :
Première mesure : On charge B d’une charge Q. On met en contact les deux sphères de charge q chacune. On mesure α pour une distance r = r
Deuxième mesure : Pour la même distance r , on décharge A et on la met en contact avec B de charge q . A acquiert donc la charge q = q . On mesure α pour q = q . On obtient, α = α .
Troisième mesure : Pour la même distance r , on décharge A et on la met en contact avec B de charge q . A acquiert donc la charge q = q . On obtient, α = α .
nè mesure : Pour la même distance r , on décharge A et on la met en contact avec B de charge q . A acquiert la charge q = q .On mesure α pour q = q . On obtient, α = α .
RELATION DE PROPORTIONNALITE
Mesure Expérience Résultat
1 q = q ⟹ F = F
2 q =q
2 ⟹ F =F 2
3 q =q
4 ⟹ F =F 4
Conclusion La force d’interaction électrique entre deux charges ponctuelles et stationnaires est proportionnelle au produit q q : F = K . q q
TROISIEME ANNEE
PHYSIQUE : INTERACTIONS DANS L’UNIVERS
BACCARI QUELLE EST LA LOI QUI CARACTERISE UNE INTERACTION ELECTRIQUE ?
3/4 Cr3.1 : INTERACTION ELECTRIQUE
Tawbac.jimdo.com b) INFLUENCE DE LA DISTANCE AB=r
MESURE
Première mesure : Pour la même charge q , on mesure α pour la distance r .
Deuxième mesure : Pour la même charge q , on mesure α pour r = 2r ⟹ α = α .
Troisième mesure : Pour la même charge q , on mesure α pour r = 3r ⟹ α = α .
nè mesure mesure : Pour la même charge q , on mesure α pour r = nr ⟹ α = α .
RELATION DE PROPRTIONNALITE
Mesure Expérience Résultat
1 r = r ⟹ F = F
2 r = 2 × r ⟹ F =F
4
3 r = 2 × r ⟹ F =F
9
Conclusion
La force d’interaction électrique entre deux charges ponctuelles et stationnaires est inversement proportionnelle au carré de la distance
qui les sépare: F = K . : c’est une interaction fondamentale en c) LA FORMULE DE COULOMB
On a, F = K . q q et F = K . ⟹ F = K . où la constante de proportionnalité K est appelée constante de Coulomb ou constante d’interaction électrique.
NB :
Donner les unités des grandeurs F, r et q. En déduire par analyse dimensionnelle l’unité de K .
Lorsque l’interaction est une attraction q q < 0 ⟹ F < 0.
ENONCE DE LA LOI DE COULOMB
Deux charges ponctuelles q et q stationnaires (immobiles) s’attirent ou se repoussent mutuellement avec une force de valeur scalaire (algébrique) proportionnelle au produit des valeurs des charges et inversement proportionnelle au carré de la distance r qui les sépare.
Cette loi se traduit par la formule : F = K × ; Où K = 9. 10 N. m . C
NB : Dans le vide : K = = 9. 10 N. m . C ; ε = est la permittivité du vide
TROISIEME ANNEE
PHYSIQUE : INTERACTIONS DANS L’UNIVERS
BACCARI QUELLE EST LA LOI QUI CARACTERISE UNE INTERACTION ELECTRIQUE ?
4/4 Cr3.1 : INTERACTION ELECTRIQUE
Tawbac.jimdo.com
B. FORME VECTORIELLE DE LA LOI DE COULOMB : CARACTERISTIQUES DE LA FORCE DE COULOMB
Bien que la force de coulomb est une grandeur vectorielle, la loi de Coulomb se présente sous une forme scalaire, où F >0 dans le cas de la répulsion et F<0, dans le cas de la attraction. Quelles sont les caractéristiques (direction et sens) de cette force ?
I. DIRECTION
La force est portée par la droite joignant les deux centres des charges.
II. SENS
La force F⃗ est proportionnelle au vecteur AB⃗
⟹ AB⃗ = AB⃗ . u⃗ = r u⃗ et F⃗ = F. u⃗ ⟹ F⃗ = F. ⃗= F.⃗. Dans un repère cartésien orthonormé :
r⃗ = r⃗ − r⃗ = (x − x ) ı⃗ + (y − y ) ȷ⃗ et = ‖r⃗ − r⃗ ‖ = (x − x ) + (y − y ) III. ECRITURE VECTORIELLE DE LA LOI DE COULOMB
F⃗ = F u⃗ = K × u⃗ ; où u⃗ =‖⃗⃗ ⃗
⃗ ‖= ( , , )
( ) ( ) ( )
EXEMPLE : Calcul de la valeur de F⃗ pour q = 2 q = 2C
F⃗ (0; 0,58 ; 0,43) GN (Geganewon) C. PRINCIPE DE SUPERPOSITION DES FORCES
La force subie par une charge test positive de la part de deux charges ponctuelles est la somme des deux forces individuelles crées par chaque charge prise séparément : ⃗ = ⃗ + ⃗
NB :
Loi de Coulomb +
principe de superposition
⟹ base de l′électrostatique
A(q1)
B(q2) A
x y
0 x1 x2
y1
y2
r⃗ F⃗
r⃗ r⃗
