Interrogation 1°S1 corrigé Exercice 1 :
1. Un atome de magnésium est composé de 12 protons, 12 neutrons et 12 électrons.
2. Charges du cortège électronique et du noyau :
- la charge d’un électron est – e donc la charge du cortège électronique est – 12 e soit – 1,9.10-18 C.
- la charge d’un proton est + e et la charge d’un neutron est nulle donc la charge du noyau est + 12 e = 1,9.10-18 C.
3.1. Ordre de grandeur du rapport des masses du noyau et des électrons :
12 12 3
3,7.10 . 12
noyau proton neutron
électrons électron
m m m
r m m
Le noyau étant 3700 fois plus lourd que le cortège électronique, on peut en conclure que la masse de l’atome est pratiquement égale à celle du noyau.
3.2. Ordre de grandeur du rapport des rayons de l’atome et de son noyau :
9 4
15
0,145.10
4,14.10 . 3,50.10
atome noyau
R
R
L’atome de magnésium étant 41000 fois plus grand que son noyau, on peut en conclure que le remplissage de l’espace par la matière est essentiellement lacunaire.
4.1. Calcul de la force d’interaction électrique entre deux protons séparés d’une distance d = 3,0 fm :
2 9 19 2
2 2 15 2
. . . 9,0.10 (1,6.10 ) (3,0.10 ) 26 .
e
k e e k e
F N
d d
4.2. Calcul du rapport entre les forces électrique et gravitationnelle :
2
36 2
. 1, 2.10 . .
e
g proton
F k e F G m
4.3. Explication de la cohésion du noyau :
L’interaction électrique, beaucoup plus importante que l’interaction gravitationnelle, est répulsive ; la cohésion du noyau s’explique donc par l’existence d’une interaction entre nucléons plus importante (≈ 100 fois) que l’interaction électrique : c’est l’interaction forte.
5. La masse volumique du noyau de magnésium est :
27
17 3
3 15 3
24 24 1,7.10
2, 28.10 . .
4 4
(3,50.10 )
3 3
noyau proton
noyau
noyau
atome
m m
V R kg m
6. Ordre de grandeur du rapport entre les masses volumiques du noyau et du solide :
17 14
3
2, 28.10
' 1,30.10 .
1,74.10
On pouvait prévoir ce résultat en supposant que ρmagnésium = ρatome et en reprenant la conclusion du 3.1. (égalité des masses du noyau et de l’atome) :
3 10
3 3 13
3 15
43 1, 45.10
' ( ) ( ) 7,1.10 .
4 3,50.10
3
noyau
atome
noyau noyau atome atome
atome
atome noyau noyau noyau
atome
m
V V R R
m V R R
V
Exercice 2 :
1. Force d’interaction électrique Fe qui s’exerce entre les deux poussières : Fe = Fq/q’ = Fq’/q = k.|q.q’|/d² avec q = 10 pC et q’ = 0,20 nC. Fe = 2,0.10-6 N.
2. Schéma de la situation :
échelle : 1,5 cm représente 2,0.10-6 N.
3. Pour multiplier Fe par 2, il faut diviser la distance par 2 (Fe proportionnel à 1/d²).
De même, pour multiplier Fe par 4, il faut diviser la distance par 2.
4. La charge q porte N = q/e = 6,3.107 charges élémentaires.
La charge q’ porte N’ = q’/e = 1,3.109 charges élémentaires.
5. Force d’interaction gravitationnelle Fg qui s’exerce entre les deux poussières :
Fg = G.m.m’/d² avec m = 1,0 mg = 1,0.10-6 kg et m’ = 0,50 mg = 5,0.10-7 kg. Fg = 3,7.10-18 N.
6. Poids P de la masse m : P = m.g = 9,8.10-6 N.
Poids P’ de la masse m’ : P’ = m’.g = 4,9.10-6 N.
Fg << P et P’ : la force d’interaction gravitationnelle est négligeable devant le poids de chacune des particules.
Exercice 3 :
1. Par frottement, le bâton d’ébonite a arraché des électrons à la fourrure ; il se retrouve donc avec un excès d’électrons : il est chargé négativement. (La fourrure présente alors un défaut d’électrons : elle est chargée positivement.)
2. Le bâton d’ébonite touche le plateau : il y a contact donc transfert de charges, l’électroscope présente alors un excès d’électrons : la tige métallique et l’aiguille sont
chargées négativement (ainsi que le plateau) ; l’aiguille est donc repoussée par la tige car deux charges de même signe se repoussent.
3. Si on enlève le bâton d’ébonite, l’électroscope reste chargé négativement : l’aiguille reste dans sa position éloignée de la tige.
'/
F q q
/ '
F
q q
q’
q
