Pour chaque poste -

Partie Physique A : TP SPE PH 5 : Lentilles et miroirs sphériques
But de la manipulation : Déterminer la distance focale f 'L d’une lentille mince convergente (L) puis celle
f 'M d'un miroir sphérique.
A. Détermination de la distance focale d'une lentille mince convergente
On appelle A, un point de l'objet lumineux situé sur l’axe optique et A' son image.
On note "D" la distance entre l'objet lumineux et l'écran et "d" la distance entre l'objet lumineux et la
lentille mince.
1. Ordre de grandeur de la distance focale f 'L
1.1
Placer l’objet lumineux n°1 (lettre découpée) contre la source de lumière, à la graduation "0" du
banc d’optique.
1.2
Placer l’écran à 1m20 de l’objet lumineux. Placer la lentille (L) entre l’objet et l’écran, près de
l'écran. Éloigner la lentille (L) de l'écran jusqu'à obtenir une image de l'objet lumineux sur cet écran.
1.3
Mesurer les distances D et d.
Appeler le professeur pour vérifier les positions et les mesures (appel 1)
1.4 Pour évaluer l'ordre de grandeur de f 'L, on a placé l’objet dans une position très éloignée de la lentille.
Dans l'hypothèse où d >10 f’L, l'objet peut être considéré comme étant à l'infini .
Répondre aux questions :
1.4.a. Dans cette hypothèse, expliquer pourquoi on peut considérer que OA’ mesure la
distance focale f’L de la lentille.
L'image d'un objet à l'infini se forme dans le plan focal image de la lentille.
1.4.b. Quelle est, dans cette hypothèse, la valeur de la distance focale ?
f 'L = D-d, distance lentille écran.
1.4.c. En justifiant la réponse, dire si l'hypothèse émise pour déterminer la valeur de f 'L par
cette méthode paraît valide ou non.
La méthode paraît valide car la distance objet-lentille d mesurée est bien supérieure à 10 fois la distance
lentille-écran : l'objet peut être considéré à l'infini.
1.4.d. Si on éloigne l'objet de la lentille, dans quel sens l'image se déplace-t-elle ?
Quand on éloigne l'objet de la lentille, son image se rapproche de la lentille.
1.4.e. En déduire si la distance focale "approchée" déterminée par la méthode précédente est
légèrement plus petite ou plus grande que la distance focale réelle :
La distance mesurée (lentille écran) quand l'objet n'est pas réellement à l'infini est donc plus grande que la
distance focale de la lentille.
2. Mesure de la distance focale
2.1
L'objet lumineux n°1 étant toujours sur le banc d’optique à la graduation "0", placer l'écran à une
distance D de l'ordre de 1 m de l'objet lumineux et placer la lentille près de l’écran.
2.2
Régler la position de la lentille (L) de façon à obtenir une image de l'objet lumineux sur l'écran.
Relever avec le maximum de précision les valeurs de d et D mesurées sur le banc et les reporter sur la le
compte-rendu.
Appeler le professeur pour vérifier les positions et les mesures (appel 2)
Répondre aux questions.
Schéma et questions
Présenter sur votre compté-rendu le détail des calculs menant à la détermination de f’L.
B. Détermination de la distance focale d'un miroir sphérique convergent
1. Principe
Pour déterminer la position du foyer image du miroir sphérique, on s'appuie sur la propriété du foyer image
rappelée ci-après :
Un faisceau de rayons incidents parallèles à l'axe du miroir converge au foyer image du miroir.
2. Obtention d'un faisceau incident parallèle à l'axe optique du miroir
2.1 Quelle doit être la valeur de la distance AO' pour obtenir un faisceau émergent parallèle à l'axe optique
de la lentille (L') dans le montage ? Justifier la réponse.
2.2 Mettez en place le montage de façon à obtenir un faisceau émergent parallèle à l'axe optique de cette
lentille en suivant les conditions de la question 2.1.
Appeler le professeur pour vérifier la qualité du faisceau émergent de (L’) (appel 3)
3. Détermination de la distance focale du miroir
Placer le miroir sphérique à environ 1 m de la lentille, de façon à ce que leurs axes optiques soient
confondus. En déplaçant le demi-écran, repérer la position du foyer F'M du miroir. Évaluer la distance focale
du miroir et noter le résultat sur votre compte-rendu. Si le demi-écran n’est pas suffisant pour observer
l’image finale, incliné le support portant le miroir et placer l’écran au dessus du banc d’optique sans trop
l’éloigner pour autant.
Appeler le professeur pour vérifier la position du foyer (appel 4)
Pour chaque poste
Un banc d’optique avec l’ensemble de ses accessoires, à savoir :
 une source lumineuse (lampe à incandescence) devant laquelle est placé un dépoli (papier
calque)
 deux objets lumineux :
- objet 1 : lettre découpée par exemple
- objet 2 : petit trou de 5 mm de diamètre maximum
Ces deux objets doivent être munis d'un papier calque si la lanterne n'en possède pas
 Deux supports pour lentille et écran pouvant coulisser le long du banc
 une lentille convergente identifiée (L) de distance focale voisine de 10 cm (afin que la
détermination de l'ordre de grandeur selon la méthode choisie garde du sens) et dont la valeur
de la vergence est masquée
 une lentille convergente identifiée (L') de vergence connue (par exemple + 3 dioptries)
 un écran
 un écran adapté pour le repérage de la position du foyer du miroir convergent :
- un demi-écran
ou
- une grille avec une pastille blanche au centre
 un support portant un diaphragme (de l'ordre du ½ cm de diamètre d'ouverture)
 un miroir sphérique convergent. Vérifier que l'axe du miroir est confondu avec l'axe du banc.
Remarque : les deux lentilles (L) et (L') doivent être clairement identifiables par les candidats.