Série d'exercices N°1 : Interaction électrique

Lycée Secondaire Série d’exercices N

◦

1 Année scolaire : 2025-2026

Sciences Physiques Interaction électrique Niveau : 3

ème

Mathématiques

Exercice 1 : Loi de Coulomb et interaction entre deux charges

Deux petites sphères métalliques A et B, assimilables à des charges ponctuelles, sont fixées en deux

points distants de d = 10 cm. Elles portent respectivement des charges électrostatiques qA = +4,0 nC

et qB = −9,0 nC.

+

A (qA > 0)

−

B (qB < 0)

d = 10 cm

Fig. 1

1) Préciser la nature (attractive ou répulsive) de l’interaction électrostatique entre les deux sphères

A et B. Justifier la réponse.

2) Exprimer puis calculer l’intensité F de la force d’interaction électrostatique s’exerçant entre ces

deux charges.

3) Représenter les forces

⃗

FA/B et

⃗

FB/A exercées respectivement par la charge A sur la charge B et

par la charge B sur la charge A. Choisir et préciser une échelle adaptée.

4) On met les deux sphères A et B en contact puis on les sépare à nouveau en les remettant à la

même distance d = 10 cm.

a- Calculer la nouvelle charge q

′

portée par chaque sphère après le contact.

b- Déterminer la nouvelle force d’interaction F

′

et préciser sa nouvelle nature.

Données :

• Constante de Coulomb : k = 9,0 × 10

9

N · m

2

· C

−2

• 1 nC = 10

−9

C

Exercice 2 : Champ électrique créé par une charge ponctuelle

Une charge ponctuelle q = +2,0 nC est fixée en un point O de l’espace. Un point M se trouve à

une distance r = 30 cm du point O.

+

O (q > 0)

M

r = 30 cm

Fig. 2

1) Définir la notion de champ électrique en un point de l’espace.

2) Donner les caractéristiques (direction, sens et norme) du vecteur champ électrique

⃗

EM créé par

la charge q au point M .

3) Calculer la valeur de l’intensité EM du champ électrique au point M .

4) Représenter le vecteur champ électrique

⃗

EM au point M sur la figure 2.

5) On place au point M une charge test q0 = −3,0 nC.

a- Déterminer les caractéristiques de la force électrostatique

⃗

F subie par cette charge test.

b- Calculer l’intensité F de cette force.

Données :

• Constante de Coulomb : k = 9,0 × 10

9

N · m

2

· C

−2

1

Exercice 3 : Champ électrique uniforme entre deux plaques parallèles

Deux plaques métalliques verticales et parallèles P1 et P2, séparées d’une distance d = 5,0 cm, sont

reliées aux bornes d’un générateur de tension continue de valeur UP1P2

= +200 V par l’intermédiaire

d’un interrupteur K.

UP1P2

K

P1 P2

⃗

E

d = 5,0 cm

Fig. 3

1) Rappeler la définition d’un champ électrique uniforme.

2) Lorsque l’interrupteur K est fermé :

a- Préciser le signe des charges électriques accumulées sur chaque plaque P1 et P2.

b- Justifier l’orientation du vecteur champ électrique

⃗

E entre les deux plaques.

3) Calculer la valeur de l’intensité E du champ électrique régnant dans la région située entre les

plaques.

4) Représenter sur la figure 3 les lignes de champ électrique en précisant leur sens.

5) Une gouttelette d’huile électrisée de charge q = −3,2 × 10

−18

C est introduite entre les deux

plaques.

a- Déterminer l’intensité de la force électrostatique

⃗

Fe exercée sur cette gouttelette.

b- Préciser le sens du déplacement de la gouttelette sous l’action de cette force électrique.

Données :

• Distance entre les plaques : d = 5,0 cm

• Tension appliquée : UP1P2

= 200 V

Exercice 4 : Principe de superposition des champs électriques

Deux charges ponctuelles positives identiques qA = +4,0 nC et qB = +4,0 nC sont fixées respec-

tivement aux points A et B distants de AB = 10 cm.

Soit M le milieu du segment [AB], et P un point situé sur la droite (AB) à l’extérieur du segment

[AB] tel que BP = 10 cm (avec le point B situé entre A et P ).

x+

A (qA)

M

+

B (qB )

P

10 cm 10 cm

Fig. 4

1) Écrire la relation vectorielle exprimant le champ électrique résultant

⃗

EM au point M en fonction

des champs

⃗

EA(M ) et

⃗

EB (M ) créés respectivement par les charges qA et qB .

2) Montrer que le vecteur champ électrique résultant

⃗

EM au milieu M du segment [AB] est égal au

vecteur nul

⃗

0.

3) Au point P :

2

a- Calculer la norme du champ électrique

⃗

EA(P ) créé par la charge qA au point P .

b- Calculer la norme du champ électrique

⃗

EB (P ) créé par la charge qB au point P .

4) Déterminer la valeur de l’intensité du champ électrique résultant EP au point P .

5) Représenter au point P , avec une échelle adaptée, les vecteurs champs composants

⃗

EA(P ),

⃗

EB (P )

ainsi que le vecteur champ résultant

⃗

EP .

Données :

• Constante de Coulomb : k = 9,0 × 10

9

N · m

2

· C

−2

• qA = qB = +4,0 nC

3