lentilles_minces_convergentes

Groupe recherche formation-Strasbourg
Fiche professeur
Thème du programme 1S:
Couleurs et images
Sous-thème :
Couleur, vision et image
C o m p r e n d r e l e s l e n t i l l e s m i n c e s c o n v e r g e n t e s .
Type d’activité : Activité expérimentale. Deux séances (l’une cours 1h, l’autre TP 1,5 h)
Conditions de mise en œuvre : I) et II) expériences de cours et III), IV) et V) manipulation en
binômes.
Pré- requis :
 Réfraction.
 Propagation rectiligne de la lumière.
NOTIONS ET CONTENUS
COMPETENCES ATTENDUES
Lentilles minces convergentes : images
réelle et virtuelle.
Distance focale, vergence.
Relation de conjugaison ; grandissement
Déterminer graphiquement la position, la grandeur
et le sens de l’image d’un objet-plan donnée par
une lentille convergente.
Modéliser le comportement d’une lentille mince
convergente à partir d’une série de mesures.
Utiliser les relations de conjugaison et de
grandissement d’une lentille mince convergente
Compétences transversales :
- Rechercher, extraire, organiser des informations utiles.
- Raisonner, argumenter, démontrer.
- Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer à
l’aide d’un langage adapté.
Mots clés de recherche : lentilles convergentes, foyer, distance focale, vergence, relation de
conjugaison, grandissement
Provenance : Académie de Strasbourg
Adresse du site académique : http://www.ac-strasbourg.fr/disciplines/physchim

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C
I) Introduction : les lentilles minces
 Une lentille est un milieu …………………… constitué de verre ou de matière plastique et délimité par deux
………………………………..dont l’une au moins n’est pas……….
 Une lentille déforme la marche d’un rayon en utilisant le phénomène de réfraction.
 Rappels :
Réflexion Réfraction Diffusion Diffraction
II) Lentilles minces convergentes
 Une lentille mince convergente est caractérisée:
- par un ……………………… ………………O,
- un …………………………..,……………………….
- un ………………………………………………. F
- un ……………………. F ' ……………………. de F par rapport à O.
Le symbole indique les deux sens positifs choisis par convention sur
les axes horizontal et vertical. Dans toutes les constructions à venir la
lumière se propagera de la gauche vers la droite dans le sens positif
horizontal. Le sens de propagation choisi impose le signe des valeurs
algébriques suivantes: OF' > 0 et OF < 0.
1) Propriétés d'une lentille mince convergente
a) Observer les expériences n°1, n°2 et n°3 puis compléter la marche des rayons lumineux dans les trois
cadres vierges ci-dessous.
b) Ecrire une phrase de conclusion pour chacune des trois expériences
A
B
 Lentilles à bords minces et centre épais :
…………………
= lentilles ……………..
 Lentilles à bords épais et centre mince :
…………………..
= lentilles ……………..
F
F’
O

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2) Distance focale et vergence
 Distance focale f ' d'une lentille: f ' = OF' (pour les lentilles convergentes f ' > 0). (utilisée par les
photographes)
 Vergence C d'une lentille : C = 1/f’ avec C en dioptrie ( δ ) et f ' en mètre (m). (utilisée par les
opticiens et ophtalmologues).
Si C>0 la lentille est convergente et si C< 0 la lentille est divergente.
a) Calculer la vergence d'une lentille convergente de distance focale f ' = 200 mm.
b) Calculer la distance focale d'une lentille convergente de vergence C=8,0 δ.
III) Images données par une lentille convergente
1) Principe
Utiliser le banc d’optique et placer l’objet à une distance inférieure, égale et supérieure à la distance focale
de la lentille L avec f’= 0,2 m = 200 mm et C=+ 5,0 δ. A chaque fois il faudra déplacer l’écran jusqu’à y voir une
image (si possible).
2) Résultats
Vous complèterez le tableau ci-dessous avec les résultats des expériences :
Distance lentille-objet
Observation de l’image
(entourer la bonne réponse)
Taille par rapport à
l’objet
Inférieure à la distance
focale
d= 100 mm
Envers-endroit
Réelle virtuelle
Plus grande
Plus petite
De même taille
Égale à la distance
focale
d=200 mm
Envers-endroit
Réelle– virtuelle
Plus grande
Plus petite
De même taille
Supérieure à la distance
focale
d = 600 m
Envers-endroit
Réelle-virtuelle
Plus grande
Plus petite
De même taille
F
F’
F
F’
O
F
F’
O

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IV) Construction graphique des images
On considère un objet AB dont le point A est situé sur l'axe optique. Déterminer graphiquement la position de
l'image A'B' de l'objet AB par la lentille convergente dans les cas suivants:
Cas n°1 :
'
fOA 
Cas n°2 : OA = f '
Cas n°3 : OA < f '
V) Relation de conjugaison et grandissement
1) Principe de l’expérience
La lentille L étudiée a pour vergence C= + 8,5 .
Mesurer la taille de l'objet (lettre F placée devant la lanterne) :
AB
=
Pour différentes positions de la lentille L par rapport à l'objet AB (voir tableau annexe) :
 rechercher par déplacement de l'écran E, la position de l'image A'B' par rapport à L,
 remarquer si cette image est droite ou renversée par rapport à l'objet,
 mesurer la taille de cette image.
Consigner les résultats dans le tableau ci-dessous (attention à l’algébrisation des distances).
2) Mesures
AB
(cm)
p =
OA
(m)
-0,60
-0,40
-0,30
-0,25
-0,20
-0,18
-0,15
p' =
'OA
(m)
''BA
(cm)
1/p(m-1)
1/p'( m-1)
 =
ABBA /''
O
F ’
F
A
B
O
F ’
F
B
A
O
F ’
F
A
B

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3) Exploitation des résultats
a) Calculs :
Compléter le tableau en calculant : 1/p, 1/p' et  =
ABBA /''
. Le rapport
ABBA /''
définit le grandissement
 de la lentille dans les conditions de l'utilisation.
b) Graphique :
A l’aide d’un logiciel, tracer les courbes suivantes :
 p’=f(p)
 1/p’ = f(1/p).
 Des deux, laquelle vous semble la plus simple à exploiter ? Modélisez-la.
VI) Application : Le projecteur de diapositives
Un projecteur de diapositives est souvent utilisé lors de conférences car il permet d'observer sur un
écran une image agrandie de la diapositive, tout en gardant la qualité de la photographie prise au
départ.
Le projecteur de diapositives est constitué de trois parties :
 Une lampe de forte puissance.
 Une diapositive qui sera l'objet lumineux de format 24mm*36mm et situé dans un plan perpendiculaire
à celui-ci. On note A l’intersection de la diapositive avec l’axe optique.
 Un objectif qui est un système optique équivalent à une lentille mince convergente de centre optique
O et de distance focale f’=90 mm.
1. La diapositive est placée à 120 mm de l'objectif. Construire l'image B'1 de B1. En déduire
l'image B'2 de B2.
2. L'objet est-il réel ou virtuel ?
3. L’image est-elle réelle ou virtuelle ?
4. On place l'écran à 4,5 m de l'objectif. Déterminer par le calcul la position de l'image de la
diapositive par rapport au centre optique O de l'objectif pour avoir une image nette sur
l'écran. Pouvait-on prévoir qualitativement la position approximative de cette diapositive ?
5. grandissement de l'objectif :
- Calculer ce grandissement.
- En déduire les dimensions de l'image sur l'écran
- Le constructeur conseille l'utilisation d'un écran carré de 1,8 m de côté. Cet écran convient-il ?