TP-Cours Modélisation de quelques instruments d`optique 1

Noms des étudiants composant le binôme :
TP-Cours Modélisation de quelques instruments d’optique
1- Rétroprojecteur
1-1 Principe
Un rétroprojecteur est constitué d’une lentille convergente et d’un miroir plan incliné à 45°.
Ainsi on peut obtenir une image plus grande que l’objet et la projeter (perpendiculairement à sa position initiale)
Effectuer ci-dessous la construction géométrique correspondante.
B
A
F

O

Miroir plan
1-2 Manipulation
On veut former, à l’aide d’une lentille convergente, une image réelle telle que le grandissement soit assez important.
A l’aide d’un miroir plan incliné à 45°, obtenir une image nette sur le plafond de la salle (on fera les
raisonnements préalables pour que l’image se forme sur le plafond).
L1
2 Lunette astronomique
2-1 Présentation
Cet instrument peut être modélisé par un doublet
afocal de lentilles convergentes : L1 et L2.
L1 est la lentille objectif et L2 est la lentille oculaire.
Pour constituer la lunette, on dispose de deux lentilles,
une lentille de vergence + 2 δ et une lentille
de vergence + 10 δ.
L2
Rayons
provenant
d’un point
objet situé à
l’infini sur
l’axe
Œil
Lunette
a) Quelle doit être la distance O1O 2 (expression théorique) pour que le doublet soit afocal.
b) Quelle doit être l’inégalité entre f1’ et f2’ afin que la lunette grossisse l’objet observé ? On donnera
l’expression du grossissement G en fonction de f1’ et f2’ (attention, ne pas oublier que grossissement et
grandissement sont deux notions différentes).
2-2 Manipulation
a) Réaliser un doublet afocal (on donnera la distance O1O 2 à choisir pour cela). Vérifier que l’œil voit net un
objet situé à l’infini (que l’on créera artificiellement).
b) On se place dans les conditions du 2-1-b) (G >1).
Le cercle oculaire est l’image de la lentille L1 par la lentille L2. Il correspond au disque de diamètre minimum
formé par le faisceau émergent de la lunette. Il constitue la section la plus étroite de ce faisceau. En éclairant
directement et complètement L1, via la source et le condenseur visualiser le cercle oculaire. Mesurer sa position
O 2 C et sa taille (son diamètre) notée d. Pour s’assurer de la position du cercle oculaire, on pourra coller un
papier sur L1 (du côté de la face de sortie) et chercher son image.
c) Retrouver ces résultats par la théorie. On notera D la taille (son diamètre) de la lentille L1.
d) Démontrer que le grossissement G de la lunette est égal à
D
.
d
e) Donner ainsi une valeur expérimentale de G puis comparer à la valeur théorique attendue.
3-Principe du microscope
3-1 Doublet non accolé, principe du microscope.
De nombreux systèmes optiques sont

constitués d’un doublet non accolé.
(L1) est une lentille de vergence v1= + 10 
(L2) est une lentille de vergence v2 = + 5 .
B
(L1)
A
O1
(L2)
O2
œil
On prend un objet AB de petite taille (fil électrique).
On réalise l’expérience avec AO 1 = 12 cm.
objectif
Que doit valoir O 1 O 2 afin que l’œil voit l’image finale A’’B’’ nette sans
accommoder ? On fera une démonstration.
On pose : A’B’ image de AiBi à travers L1 et A’B’ image de AiBi à travers L2 ;
Grille
servant
d’écran
oculaire
3-2 Manipulation
Réaliser l’expérience tout en plaçant un objet en forme de grille dans le plan focal objet de L2. Vérifier que l’on voit
bien l’image finale du fil nette ainsi que la grille (on fera des « ajustements » pour avoir l’image finale nette).
4- Détermination du rayon algébrique SC d’un miroir sphérique concave
4-1 Présentation
Un miroir concave sphérique est un miroir en forme de portion de sphère. La centre de la sphère est noté C,
l’intersection de la sphère avec l’axe optique est notée S (sommet du miroir sphérique).
Sens > 0 des
grandeurs algébriques
Sens > 0 des
grandeurs algébriques
+
+
S
C

S
C

Représentation
normalisée
Miroir sphérique
Comme on travaille dans les conditions de Gauss la courbure du miroir utilisé est peu marquée et il ressemble à
un miroir plan. Pourtant les propriétés du miroir sphérique sont très différentes des celles du miroir plan.
Le miroir sphérique est un système optique ayant les propriétés suivantes :
* Tout rayon passant par le centre C du miroir se réfléchit sur lui même.
* Le foyer image F’ et le foyer objet F du miroir sphérique sont confondus : F = F’.
* Ces foyers sont au centre du segment [CS] : SF  SF' 
SC
CS
ou encore CF  CF' 
2
2
La grandeur caractéristique d’un miroir sphérique est donc son rayon algébrique SC . Lorsque celui-ci est connu
on connait toutes les propriétés du miroir.
4-2 Détermination du rayon algébrique
a) On suppose que le point objet A
est confondu avec le centre C du
miroir.
Compléter la figure ci contre
pour déterminer l’image A’B’ de
l’objet AB par le miroir sphérique
concave.
B

A= C
F
b) Réaliser l’expérience
correspondante et en déduire
la valeur du rayon algébrique
SC du miroir.

S