II. Formation d`images avec une lentille convergente.

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Document de travail “Elève” Physique ~ Spécialité Classe de Terminale S
ptstps01.doc - 1/3 - Antenne de l’Aveyron 4/15/2017
FICHE T.P. 01 IMAGES FORMEES PAR UNE LENTILLE MINCE
CONVERGENTE.
Objectifs.
 Positionner sur l’axe optique, le centre optique et les foyers d’une lentille.
 Connaître la définition de la distance focale, de la vergence et de leurs unités.
 Connaître et savoir appliquer les relations de conjugaison sous forme algébrique et celle du grandissement.
 Savoir que pour observer une image agrandie avec une lentille convergente, il faut placer l’objet près du foyer F.
 Construire l’image d’un objet plan perpendiculaire à l’axe optique.
 Construire l’image d’un point objet situé à l’infini.
Savoirs-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 optique : réaliser des mesures et les exploiter.
 Déterminer la distance focale d’une lentille mince convergente.
I. Etude documentaire de trois instruments d’optiques : le microscope, la lunette
astronomique, le télescope de Newton.
En utilisant la documentation, complétez le tableau suivant :
MICROSCOPE
LUNETTE ASTRONOMIQUE
TELESCOPE DE NEWTON
Systèmes
optiques
constitutifs
Position de
l’objet
A quoi servent ces trois instruments ?
II. Formation d’images avec une lentille convergente.
1. Problème posé :
Comment utiliser une lentille convergente pour observer une image agrandie de
l’objet ?
Traiter le paragraphe 2. pour répondre au problème posé.
2. Observations – Schématisation - Modélisation sur le banc d’optique.
Vous disposez d’une lentille convergente de vergence V = 8 et d’une figurine servant d’objet.
 Observez, en regardant à travers la lentille l’image de l’objet.
 Notez dans le tableau (donné en annexe) les caractéristiques de cette image au fur et à mesure que vous
éloignez l’objet de la lentille.
 Vous disposez d’un logiciel de figures d’optique animées. Retrouvez, en déplaçant l’objet à l’écran, la figure
correspondant à tous les cas mentionnés dans le tableau.
 Découpez la feuille annexe selon les pointillés et recoller, sur votre compte-rendu la construction graphique qui
correspond à ce qui est observé.
 Réaliser, sur le banc optique, les trois montages schématisés dans le tableau.
 Sur les trois schémas qui figurent dans le tableau, construire les trois rayons particuliers issus du point B de
l’objet.
 Pouvez-vous répondre au problème posé ?

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ptstps01.doc - 2/3 - Antenne de l’Aveyron 4/15/2017
III. Localisation des images observées. Les formules de conjugaison.
Convention de signe :
Dans l’exemple ci-dessus :
OA
<0 et
'
OA
>0.
Et :
AB
>0 et
'
'BA
<0.
Les formules de conjugaison sont :
Celle donnant la position de l’image en fonction de celle de l’objet :
'
11
'
1OFOAOA 
Celle donnant la dimension de l’image par rapport à celle de l’objet : le grandissement .
OA
OA
AB
BA ' '' 
ATTENTION AUX SIGNES (ce sont des grandeurs algébriques) ET AUX UNITES !!!
Nous allons tenter de les vérifier en utilisant le banc optique, une lentille de vergence V = 8 , et un objet
tel que
AB
= 1,5 cm.
 Localiser, quand c’est possible, la position des images avec un écran.
 Mesurer sur l’écran la taille
''BA
de l’image.
 Utiliser un tableur-grapheur pour vérifier les formules de conjugaison.
 Utiliser les formules de conjugaison pour prévoir la position et la taille des images qui ne peuvent être récupérées
sur un écran.
 Vérifier la validité de vos mesures et calculs par des schémas à l’échelle. 4 schémas sont demandés (à faire à la
maison):
Echelle verticale : 1 dans tous les cas.
Echelle horizontale : 1 pour
OA
= -0,050 m.
Echelle horizontale : 1 pour
OA
= -0,125 m.
Echelle horizontale :
5
1
pour
OA
= -0,200 m.
Echelle horizontale :
5
1
pour
OA
= -0,300 m.
 Où placer l’objet pour avoir un fort grandissement ? Vérifier votre réponse avec le simulateur.
 Quelle est la position de l’objet qui permet d’obtenir une image dans le plan parallèle à la lentille et passant par F’ ?
En déduire une expérience permettant de mesurer la distance focale d’une lentille convergente.
Dessiner la construction associée.
Vérifier expérimentalement la distance focale de la lentille.
B’
A
B
A’
O
Sens de propagation de la lumière
+
+

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ptstps01.doc - 3/3 - Antenne de l’Aveyron 4/15/2017
Annexe
On observe, à travers une lentille convergente, l’image de l’objet ci-dessous.
Selon la position de l’objet par rapport à la lentille, on voit différentes images qui sont
représentées dans la première colonne. Notez leurs caractéristiques.
Vous devez découper les constructions et les associer à l’image correspondante !!!
A DECOUPER 
Image observée à travers
la lentille selon la position
de l’objet
Caractéristiques
de l’image
Construction correspondante

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ptstps01.doc - 1/7 - Antenne de l’Aveyron 4/15/2017
FICHE T.P. 01 Déroulement des 5 séances d’optique.
Introduction :
On distribue à l’élève de la documentation (qui servira aussi pour les TP 04 et 05) sur les trois instruments d’optique au
programme : microscope, lunette astronomique, télescope de Newton. Ils doivent, pour chacun d’eux :
 Citer les systèmes optiques constitutifs.
 Expliquer succinctement à quoi ils servent.
 Donner la position de l’objet observé.
De sorte qu’après 15 min le tableau suivant soit complété :
MICROSCOPE
LUNETTE ASTRONOMIQUE
TELESCOPE DE NEWTON
Systèmes
optiques
constitutifs
 1 Objectif : lentille
convergente
 1 Oculaire : lentille
convergente
 1 Objectif : lentille
convergente
 1 Oculaire : lentille
convergente
 1 Objectif : miroir
sphérique.
 1 miroir plan
 1 Oculaire : lentille
convergente
Position de
l’objet
« près »
« loin »
« loin »
Conclusion :
Ces instruments d’optiques sont constitués de l’association de deux systèmes optiques.
 Nous allons donc dans un premier temps (séance 1) revoir les lentilles convergentes.
 Puis dans un deuxième temps (séance 3) travailler sur les miroirs plans et sphériques.
 Et enfin passer à l’étude détaillée de chacun d’eux (séance 4 et 5).
Ces trois instruments servent à « grossir ».
Cette « course au grossissement » sera le fil conducteur des 5 séances.
En effet, nous allons essayer d’obtenir l’image grossie d’un objet :
 d’abord avec une seule lentille convergente (séance 2).
 puis avec un miroir.
 Et enfin en associant : deux lentilles convergentes (microscope et lunette astronomique).
ou un miroir et une lentille convergente (télescope de Newton).
Séance 1 : lentilles convergentes.
Cette séance a pour but de réviser toutes les notions de formation des images par une lentille convergente : distance
focale, vergence, formule de conjugaison et grandissement, constructions graphiques.
Séance 2 : lentilles convergentes (suite).
Diamètre apparent et notion de grossissement.
Cas particulier de la loupe/oculaire.
Influence de la focale sur le grossissement dans le cas de la loupe.
Séance 3 : miroir convergent
Ce sera l’occasion de travailler sur le cas particulier du miroir convergent « grossissant ».
Séance 4 : le microscope.
Le problème posé aux élèves sera :
« Dans un microscope, on regarde à la loupe (l’oculaire), l’image agrandie, formée par l’objectif (lentille convergente),
d’un petit objet. »
Séance 5 : la lunette astronomique et le télescope de Newton.
Les problèmes posés aux élèves seront :
« Dans une lunette astronomique, on regarde à la loupe (l’oculaire), l’image, formée par l’objectif (lentille
convergente), d’un objet éloigné. »
«Tout comme pour la lunette astronomique il s’agit d’observer à la loupe l’image d’un objet éloigné, l’objectif étant un
miroir sphérique».

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ptstps01.doc - 2/7 - Antenne de l’Aveyron 4/15/2017
FICHE T.P. 01 Exemple de compte rendu élève.
En rouge des commentaires pour l’enseignant.
II. Formation d’images avec une lentille convergente.
Rappeler la relation entre vergence et distance focale vue en 1°S.
Nous disposons d’une lentille convergente de vergence V = 8  soit une distance focale f’ =
'OF
=
V
1
= 12,5 cm.
Eloignons progressivement un objet de la lentille et observons à travers elle les différentes images.
Pour voir l’image réelle il faut que celle-ci se trouve entre la lentille et l’œil. C’est pour cette raison qu’il faut demander
aux élèves de placer l’œil suffisamment loin de la lentille. L’observation de l’image réelle « à l’œil » nous paraît
importante pour que les ne pensent pas, plus tard, qu’une image réelle ne peut être vue qu’avec un écran. (certains
élèves pensent que l’écran participe à la formation de l’image ; ce qui est évidemment faux ; l’image est là, avec ou sans
écran).
Les observations sont portées dans le tableau ci-dessous.
Associons, à chaque observation, la construction correspondante.
Pour des contraintes de temps, le tableau ci-dessous peut être donné aux élèves avec des schémas dans le désordre. Ils
peuvent alors le découper pour le recoller dans le bon ordre sur le compte rendu.
Le but de cette partie est que l’élève puissent associer, pour une image donnée : observations à l’œil à travers la
lentille, schémas et utilisation du banc optique.
Cette expérience a pour but de faire le lien entre ce qui est vu à travers la lentille et la construction graphique associée.
Le logiciel utilisé est CABRIGEOMETRE II : logiciel de figures de géométrie animées. On peut télécharger une
version d’évaluation à l’adresse suivante :
ftp://ftp.imag.fr/pub/CABRI/CabriGeometre.PC/wcabrifr.exe pour PC.
ftp://ftp.imag.fr/pub/CABRI/CabriGeometreII_Demo.sea.bin pour MAC.
Ce logiciel permet d’ouvrir des fichiers *.fig. Vous trouverez ci-dessous l’adresse d’un site où télécharger des fichiers
*.fig d’optique.
http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/enseignement/tp/optique/
L’utilisation du simulateur présente l’avantage de passer progressivement d’une construction à l’autre. Il est souhaitable
que les élèves l’utilisent en même temps que le banc pour bien faire le lien entre construction graphique et modélisation
expérimentale.