Lentilles minces convergentes

TP 1
LENTILLES MINCES CONVRGENTES
Compétences exigibles mises en jeu lors de ce TP :
Pour une lentille :
- positionner sur l’axe optique le centre optique
- connaître la définition de la distance focale, de la vergence et leurs unités,
- connaître et savoir appliquer les relations de conjugaison sous forme algébrique et celle du grandissement,
- construire l’image d’un objet plan perpendiculaire à l’axe optique,
- construire l’image d’un point objet situé à l’infini.
Pour une lentille (et un miroir plan ou sphérique ):
- déterminer à partir d’une construction à l’échelle, les caractéristiques d’une image,
- retrouver par construction les caractéristiques d’un objet connaissant son image,
- construire la marche d’un faisceau lumineux issu d’un point source à distance finie ou infinie.
Savoir-faire expérimentaux
Réaliser un montage d’optique à partir d’un schéma.
Régler un montage d’optique de façon à observer une image sur un écran.
Utiliser un banc d’optique, réaliser des mesures et les exploiter.
Déterminer la distance focale d’une lentille mince convergente.
I)
DEFINITION : lentille mince convergente
On appelle lentille tout milieu transparent limité par deux surfaces dont l’une au moins n’est pas plane(surfaces
sphériques) appelées dioptres.
Une lentille convergente a pour effet de faire converger le faisceau de lumière incident.
Une lentille est dite « mince » quand son épaisseur est (très) faible devant les rayons de courbure des 2 faces de la
lentille.
II)
CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES ET MODELISATION
Le centre optique d’une lentille mince est le point où l’axe principal traverse la lentille. Modélisation :
III)
POINTS ET RAYONS PARTICULIERS
1) Centre optique
Propriété du centre optique O : Tout rayon incident passant par le centre optique O ……………………………….
2) Foyer image
Voir manipulation p.6 du livre et compléter le schéma en dessinant les rayons émergents et identifier : foyer principal image
et plan focal image
Propriété d’un rayon incident arrivant parallèle à
l’axe :
Tout rayon incident parallèle à l'axe optique émerge
…………………………………………….
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A. Chaillou
3) Cas d’un objet à l’infini
4) Foyer objet
Compléter le schéma en dessinant les rayons incidents et identifier : foyer principal objet et plan focal objet.
Propriété d’un rayon incident passant par le foyer objet :
Tout rayon incident passant par le foyer objet F donne un rayon ……………………………………
IV)
DISTANCE FOCALE ET VERGENCE
Pour mesurer les distances, l’axe optique est orienté dans le sens de propagation de la lumière à indiquer par une flèche et le
signe +.
La mesure algébrique OF = f s’appelle la distance focale objet, elle est négative pour une lentille convergente.
La mesure algébrique OF ’ = f’ s’appelle la distance focale image. Comme F et F’ sont symétriques/O
f = - f’. On n’utilise en général que f’. Cette distance s’exprime en m.
La vergence d’une lentille mince est ……………………………………………………………………..
Elle se note C et s’exprime en ……………………..
V)
FORMULE DE CONJUGAISON D’UNE LENTILLE MINCE
1) Points conjugués
Deux points A et A’ sont conjugués l’un de l’autre si tous les rayons issus de A , après traversée de l’instrument
optique, convergent en A’. Le point A est le point objet, le point A’ le point image.
Un instrument optique est stigmatique si à un point objet correspond un point image.
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A. Chaillou
2) Relations
La relation de conjugaison de DESCARTES donne les positions respectives de l’image et de l’objet (attention : grandeurs
algébriques !!)

relation de Descartes donnant les positions respectives de l’image et de l’objet :
1
1
1


C
OA' OA OF'

relation de grandissement donnant le rapport entre la taille de l’image à la taille de l’objet :

le grandissement γ :
A' B'
AB

OA'
Remarques : ……
OA
Attention aux signes et aux unités .
VI)
CONDITIOND DE GAUSS
Dans la plupart des systèmes optiques, la condition de conjugaison n’est obtenue que d’une manière approchée : les rayons
issus d’un point ne convergent pas en un point, amis sont répartis sur une tache.
Le stigmatisme est dit approché.
Pour qu’un système constitué d’une ou plusieurs lentilles minces puisse être considéré comme stigmatique, il faut :
- que les rayons soient proches de l’axe optique ( on diaphragme la lentille pour éviter d’utiliser les bords)
- que les rayons soient peu inclinées sur l’axe
Ces deux conditions sont appelées conditions de GAUSS.
VII)
MANIPULATION
Faire le TP page 14 livre: détermination d’une distance focale (réaliser le protocole et répondre aux questions 2, 3et 4)
VIII)
1.




CONSTRUCTION DE L’IMAGE DONNEE PAR UNE LENTILLE CONVERGENTE
Exercice 9 p.15
2. On place un objet AB de 10 cm de hauteur devant une lentille mince convergente de distance focale f = 20 cm
Construire à l’échelle 1/10 l’image A’B’ pour différentes positions de AB 80 cm, 40 cm, 20 cm et 15 cm
Déterminer graphiquement la position et la grandeur de l’image
Vérifier la position et la grandeur en appliquant les formules
Indiquer les résultats dans le tableau (attention aux signes)
Objet
Nature
OA
Image
AB
OA’
Nature
A’B’
1
2
3
4
5
Mots clés, ou ce que je dois retenir de ce TP :
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A. Chaillou
Au bureau
-
boite optique prof (différentes lentilles, miroir …)
alimentation
2 longs fils
grande règle graduée
Binôme élèves
-
banc optique + accessoires
alimentation
2 longs fils
papier mm
TS Spécialité Physique
A. Chaillou