Canon à particules : de la tension à la vitesse

Un jeu de simulation éducatif. Accélère des électrons, des protons et des particules alpha entre deux grilles chargées et prédis l'énergie qu'ils gagnent, leur vitesse de sortie, l'énergie en électronvolts et la tension qui arrête un électron.

Tension électriqueÉnergie cinétique

CANON À PARTICULES

L'énergie de 1000 V

Prêt
Active JavaScript pour tirer les particules. Les instructions et l'exemple résolu restent lisibles.
Vitesse vForce électrique FChamp E, du potentiel haut vers le basTa prédiction
L'énergie d'une tensionq·ΔV = ½·m·v²

Temps

0.00 ns

t

Position

— cm

x

Vitesse

— m/s

v

Énergie cinétique

— J

K = ½·m·v²

Énergie cinétique en eV

— eV

K ÷ e

Prédis avant de démarrer

Tape ta prédiction pour préparer l'essai. Démarrer reste désactivé tant qu'il n'y a pas de réponse.

Prédis l'énergie et la vitesse.

Score de mission—

Chaque réponse doit être à 2 % près : chacune rapporte 100 points. Réussir au premier essai ajoute 50. Un essai compte dès qu'il commence.

✓ Bonne réponse① Du premier coup

Comment jouer à Canon à particules

  1. Choisis un test et lis sur la carte la particule et la tension.
  2. Utilise q·ΔV = ½·m·v², avec q en C et m en kg, ou compte l'énergie en eV : 1 eV par e et par volt.
  3. Tape ta prédiction et appuie sur Démarrer. La particule est tirée au ralenti ; le fantôme orange avance à ta vitesse.
  4. Compare la particule avec le fantôme, et les barres d'énergie avec ta ligne orange.

Une tension devient énergie cinétique

Une charge q qui traverse une tension ΔV voit son énergie potentielle électrique changer de q·ΔV. Si rien d'autre n'agit sur elle, cette énergie devient énergie cinétique : q·ΔV = ½·m·v². L'énergie ne dépend que de la charge et de la tension, ni de la masse ni de la distance entre les grilles, d'où l'intérêt de la compter en électronvolts : un électron qui traverse un volt gagne 1 eV = 1,602 × 10⁻¹⁹ J. La vitesse, elle, dépend de la masse : sous la même tension, un proton, 1836 fois plus lourd qu'un électron, finit √1836 ≈ 43 fois plus lent. À l'envers, la même règle dit quelle tension il faut pour arrêter une charge en mouvement. Les canons à électrons des anciens téléviseurs, les tubes à rayons X et les accélérateurs de particules fonctionnent ainsi.

Un modèle d'apprentissage ciblé

Les grilles sont distantes de 4,0 cm, avec un champ uniforme entre elles et aucun à l'extérieur ; la particule les traverse sans les toucher. Elle part du repos à la première grille, accélère régulièrement entre les grilles, puis file jusqu'à un détecteur à 10 cm ; dans le test d'arrêt, elle arrive à 4,0 × 10⁶ m/s et ralentit entre les grilles, et une réponse à 2 % près de la tension d'arrêt l'arrête juste à la seconde grille. La pesanteur est négligée, et toutes les vitesses restent sous 7 % de la vitesse de la lumière, donc le modèle n'est pas relativiste. Chaque essai dure de quelques nanosecondes à quelques centaines et est ralenti pour durer environ 4 s. Les réponses à 2 % près sont justes.

Changer de langue conserve ton essai, ta prédiction, tes tentatives et le déroulement.