2 Action d’un champ magnétique sur un proton ou un électron

MOUVEMENT DE PARTICULES CHARGÉES 1 Particule d’un champ magnétique

On considère un mouvement plan d’une charge q dans un champ magnétique uniforme B~.

a)

B~

Déterminer le signe de la charge.

b)

q <0

Déterminer le sens de B.~

2 Action d’un champ magnétique sur un proton ou un électron

Un électron et un proton de même énergie cinétique décrivent des trajectoires circulaires dans un champ magnétique uniforme. Comparer :

1. leur vitesse,

2. le rayon de leur trajectoire, 3. leur période.

3 Miroir magnétique

Un électron pénètre en A avec une vitesse initiale ~v0 dans la zone grisée où règne un champ magnétique B~ uniforme et station- naire.

Tracer la trajectoire de l’électron et justifier la dénomination de ce dispositif.

4 Découverte du positron

En 1932, Carl Anderson découvre une trace correspondant à l’antiélectron, sur un cliché pho- tographique pris dans une chambre à brouillard (détecteur de particules qui représente le passage d’une particule sous la forme d’une trainée). On rappelle que l’antiélectron ou po- sitron est l’antiparticule de l’électron, de charge électrique +e et de même masse. La figure

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suivante est une photographie de la trace d’une particule dans une chambre à brouillard.

Celle-ci est soumise à un champ magnétique, représenté sur la figure. La plaque de plomb fait perdre de l’énergie aux particules qui la traverse. Quelle affirmation est exacte ?

(a) La particule possède une charge néga- tive, elle se déplace du bas vers le haut de la figure

(c) La particule possède une charge posi- tive, elle se déplace du haut vers le bas de la figure.

(b) La particule possède une charge néga- tive, elle se déplace du haut vers le bas de la figure.

(d) La particule possède une charge posi- tive, elle se déplace du bas vers le haut de la figure.

5 Trajectoire d’un électron

Un électron non-relativiste est lancé avec une vitesse V ~u_y (avec V > 0) depuis l’origine O d’un repère(Oxyz). Il est soumis à un champ magnétostatiqueB1~uz dans le demi-plany >0 etB₂~u_z dans le demi-plany <0 (avecB₂ > B₁ >0). Quelle est l’allure de sa trajectoire ?

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6 Sélecteur d’isotopes

Des particules de charge q >0pénètrent avec une vitesse ~v dans un espace où règne un champ élec- trique uniforme, créé par deux plaques conduc- trices chargées distantes de d. La d.d.p entre les plaques est U. Il règne aussi dans le même espace un champ magnétique uniforme orthogonal à~v.

1. Montrer que pour une valeur particulière v₀ de k~vk et en choisissant le sens de B, les parti-~ cules peuvent avoir un mouvement rectiligne uniforme et passer par la fente F.

A.N : Calculer v0 pour B = 0,10 T ; E = 1,0.10⁴ V.m⁻¹.

2. Le faisceau est constitué d’ions ⁴₂He²⁺ et ³₂He²⁺, de masses respectives m₁ = 6,6.10⁻²⁷ kg et m₂ = 5,0.10⁻²⁷ kg. Ces ions avant d’arriver dans le dispositif, ont été accélérés à partir d’une vitesse négligeable, sous une même tension U₀ (le dispositif d’accélération n’est pas représenté sur le schéma). Montrer qu’en choisissant convenablement la d.d.p. U entre les deux plaques, on peut recueillir l’un ou l’autre des isotopes en F.

A.N :U₁ = 100 V permet de recueillir ⁴₂He²⁺, quelle valeur U₂ de U permet de recueillir

3 2He²⁺? Réponse : U2 =q

m1

m2 U1 = 115 V.

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