Devoir surveillé de sciences physiques n°1_bis

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1°ES -Devoir surveillé de sciences physiques n°1_bis
(20 points, 55 min)
Remarques :
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Deux points seront réservés à la qualité de la présentation et de la rédaction.
Dans la mesure du possible et sauf indication contraire toute réponse doit être
justifiée.
L’usage de la calculatrice est autorisé.
Exercice 1 (9 points)
Modélisation de l’accommodation du cristallin
Dans un œil normal, la rétine est à 17 mm du centre optique du cristallin (figure 1)
figure 1 : schéma de l'œil réduit
17 mm
Au repos, l’image d’un objet très éloigné (« à l’infini ») se forme sur la rétine.
Lorsque l’objet se rapproche, las muscles ciliaires modifient la courbure du cristallin de telle sorte que l’image
se forme toujours sur la rétine : l’œil accommode.
1.a. Légender la figure 1 ci-dessus (à rendre avec la copie) en indiquant les parties de l’œil qui y sont
modélisées.
1.b. Où converge, au repos, un faisceau de lumière parallèle à l’axe optique ?
1.c. Sur la figure 1 construire à l’intérieur de l’œil le trajet d’un faisceau de lumière émis par un objet très
lointain et arrivant sur l’œil. (Le faisceau est donc parallèle à l’axe optique)
1.d. En déduire la valeur de la distance focale du cristallin.
2.a. Un objet AB est placé à faible distance du cristallin (figure 2 ci-après). Sachant que l’image se forme sur la
rétine, placer l’image A’B’ de AB sur la figure 2.
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figure 2 : un objet devant l'œil réduit
B
A
2.b. En traçant un rayon bien choisi issu de A montrer que le foyer image de la lentille se trouve en avant de la
rétine.
2.c. Au cours de l’accommodation, la distance focale f’ du cristallin a-t-elle diminué ou augmenté ?
Exercice 2 (9 points)
Modélisation de l’œil hypermétrope
L’œil hypermétrope est un œil de profondeur trop faible par rapport à l’œil normal. On le modélise de la façon
suivante :
sur un banc d’optique, on place une lentille convergente de vergence C = +8  ;
à 20 cm derrière la lentille, on place un écran.
On cherche à former l’image d’un objet lumineux de dimension 2 cm perpendiculairement à l’axe optique de la
lentille. L’objet est d’abord placé à 20 cm devant la lentille.
1.
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6.
Réaliser un schéma à l’échelle comportant l’objet lumineux AB, la lentille, son centre optique O et son
foyer image F’, ainsi que l’écran (échelle : horizontalement, 1cm pour 5 cm ; verticalement, 1cm pour
1 cm).
En traçant deux rayons lumineux appropriés, déterminer la position et la taille de l’image A’B’ de
l’objet AB.
Comment sera l’image observée sur l’écran ? Pourquoi ?
L’objet étant toujours à la même distance, on accole une lentille convergente de vergence +2 à la
précédente. On suppose que l’association de deux lentilles est équivalente à une lentille unique de
vergence égale à la somme des vergences des lentilles qui la composent. En déduire la distance focale
f’ de la lentille équivalente.
Refaire un schéma à l’échelle avec la nouvelle lentille ainsi constituée et déterminer la position de
l’image A’B’.
Qu’a-t-on fait en rajoutant une lentille convergente à l’œil hypermétrope modélisé ?