Bac S 2013 Antilles Guyane
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EXERCICE III – DÉTERMINATION DU RAPPORT e/m POUR L’ÉLECTRON (5 points)
1. Détermination du caractère négatif de la charge de l’électron par J.J.Thomson.
1.1. D’après l’échelle de 1,0 cm pour 5,0 kV.m-1, et comme E = 15,0 kV.m-1, on en déduit que E sera représenté par une flèche de 3,0 cm.
(0,5 pt) y +++++++++++++

Annexe 5

Canon à électrons E

v0

x

O

–––––––––––––
L

1.2. (0,5 pt) (Lire la question suivante avant de répondre) Le document 4 indique que des particules de charges opposées s’attirent. Le faisceau d’électrons étant attiré par la plaque chargée positivement, c’est que les électrons sont porteurs d’une charge négative.
1.3. (0,5 pt) F = −e.E
Entre les plaques, l’électron n’est soumis qu’à la force électrostatique qui le dévie vers la plaque chargée positivement. Cette force est donc de sens opposé au champ électrostatique, et comme
F = qE
. , cela impose que q < 0.

2. Détermination du rapport e/m pour l’électron.
2.1. (1,5 pt) On applique la deuxième loi de Newton au système électron, dans le référentiel terrestre supposé galiléen. dp dm.v dm dv dm dv F=
=
=
.v + m. comme m = Cte alors
= 0 et il vient F = m.
= m. a dt dt dt dt dt dt
−e.E = m.a
−e.E
a=
Le vecteur accélération est de sens opposé au vecteur champ E . m a x = 0

Par projection suivant les axes du repère défini dans le document 5, on obtient a 
e.E
a y = m
2.2.1. (0,5 pt) y(x=L) = h
e.E 2 h= .L
2.m.v 02 e 2.v 02 .h
=
m E.L2
7
−2 e 2 × ( 2, 27 × 10 ) × 1, 85 × 10
=
2.2.2. (0,5 pt)
= 1,76×1011 C.kg-1
3
−2 2 m 15, 0 × 10 × ( 8, 50 × 10 )
2

e e
2.2.3. (0,5 pt) U   = .
m m
e
U   = 1, 76 × 1011 ×
m

2
2
 U(h) 2  U(E) 2
 U(v 0 ) 
 U(L)  

 + 4
 +
 + 4
  v L


 h   E 

 0 

2
2
 0, 05 2  0, 1 2
 0, 02 
 0, 05  

 +
 + 4  2, 27  + 4  8, 50  



 
 1, 85   15, 0 

e
U   = 6×109 C.kg–1 = 0,06×1011 C.kg-1
m
On ne conserve qu’un seul chiffre