Partie A – Les lois de Snell - Descartes Questions de cours

Session 1, Optique géométrique, jeudi 13 novembre 2014
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Licence MSPI 1ère année
e
1 semestre
Année universitaire 2014/2015
1
ère
Examen de Physique 1
session - Jeudi 13 novembre 2014
Durée : 2 heures
Les documents et téléphones portables sont interdits.
Uniquement les calculatrices de l'université sont autorisées.
Le sujet comporte 2 parties qui peuvent être traitées dans l'ordre souhaité par le candidat.
Partie A – Les lois de Snell - Descartes
Questions de cours préliminaires
1.
Enoncer les lois de Snell-Descartes pour la réflexion et la réfraction.
2.
Indiquer dans quelles conditions on obtient : (i) l'angle de réfraction limite,
(ii) la réflexion totale.
Exercice 1
Une personne de 1,7 m se tient devant un miroir plan rectangulaire accroché
verticalement à un mur. Cette personne voit son image qui couvre entièrement la
hauteur du miroir. On précise la distance 13 cm entre les yeux et le sommet de la tête.
En vous aidant d'un schéma sur lequel figureront les tracés de rayons lumineux,
déterminer à quelles distances du sol se trouvent (a) le haut du miroir, (b) le bas du
miroir.
Exercice 2
Un plongeur sous-marin pointe une lampe de poche allumée vers la surface sous
les incidences 0°, 26°, 30°, 65°. L’indice de l’eau est 1,33, l'indice de l'air vaut 1.
Dans chaque cas, qu’advient-il de la lumière ? On fera tout calcul d'angle nécessaire à
chaque réponse.
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Partie B – Etude simplifiée d'un objectif de photocopieur
Questions de cours préliminaires
1. Soit un système optique qui fournit une image A’B’ d’un objet AB.
1.a
Définir ce que serait une image réelle de cet objet. Comment peut-on
l’observer ?
1.b
Même question pour une image virtuelle.
2. Construire, sur le schéma de l’annexe (à rendre avec la copie), l'image A'B' de
l'objet AB pour les différents cas de la figure B1. Déduire de ces constructions la
condition sur la position de l’objet AB pour qu’une lentille divergente en fournisse une
image A’B’ réelle. Même question dans le cas de la lentille convergente.
Lentilles convergentes
Lentilles divergentes
lumière
B
B
F
F
A
A
B
B
F
F
A
A
B
B
F
F
A
A
Figure B1
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Problème
Les procédés actuels de reprographie nécessitent la formation de l’image du document
sur une surface photosensible par l’intermédiaire d’un objectif de reproduction. On
désire reproduire un document de format A4 soit en A4 (même format) soit en A3
(format double en surface), soit encore en A5 (format moitié en surface). On réalise les
différents tirages à l’aide d’un objectif en modifiant la position relative des lentilles à
l’intérieur du système.
La distance entre le document et le récepteur photosensible est de 384 mm et l’on
positionne une première lentille mince divergente L1 de distance focale f’1 = -90 mm à
180 mm du récepteur (figure B2).
Figure B2
3. En vous aidant des réponses à la question 2., expliquer pourquoi la lentille L1 ne
peut donner une image du document sur le récepteur.
On ajoute alors une lentille mince L' devant la lentille L1 à 180 mm du document (Figure
B3).
Figure B3
4. Expliquer alors pourquoi la lentille L' doit être convergente.
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5. Soit A1, l’image intermédiaire de A donnée par L'.
En appliquant les relations de conjugaison aux lentilles L' et L1, calculer la distance
focale f’ de cette lentille L' pour obtenir une image réelle du document sur le
récepteur.
6. En déduire le grandissement γ = γ' γ1 de l’association des deux lentilles et indiquer
quel type de tirage permettra cet objectif : transformation A4 en A3 (agrandissement)
ou A4 en A5 (réduction).
Indication : Si γ est le grandissement du système optique, la surface S’ de la
photocopie est : S' = γ²S, où S est la surface du document original.
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ANNEXE (A RENDRE AVEC LA COPIE)
N° Place :
N° Etudiant :
Figure B1
Lentilles convergentes
Lentilles divergentes
lumière
B
B
F
F
A
A
B
B
F
F
A
A
B
F
B
F
A
A