Activité expérimentale N°2 (P1) Propriétés des lentilles

Activité expérimentale N°2 (P1)
Propriétés des lentilles convergentes et le modèle des lentilles minces convergentes
1°) Les deux types de lentilles :
Il existe deux catégories de lentilles : les lentilles convergentes et les lentilles divergentes. La loupe est
constituée d’une lentille convergente.
Complète le tableau ci-dessous à l’aide des deux lentilles dont tu disposes.
Lentille de type 1, notée + …………
Lentille de type 2, notée - …………
Critères
……………………………………
…………………………………
La forme de la lentille : explique et
dessine-la de profil.
Bords ………………… et centre ………………
Utilise la feuille de TP et regarde à
travers les deux types de lentilles
lorsque c’est net :
- Si l’objet est proche de la lentille :
- comparaison taille objet/image.
- Si l’objet est « éloigné » de la
lentille :
Bords ………………… et centre ………………
- image droite ou renversée.
2°) Le trajet de la lumière traversant une lentille convergente :
Avec une source lumineuse qui émet trois rayons lumineux incidents distincts parallèles, on visualise le tracé des
rayons lumineux émergeants d’une lentille convergente. Observe et complète les schémas.
a) Quel phénomène optique permet d’expliquer le trajet des rayons émergeants ? Justifie.
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b) Quelle propriété de symétrie possède les trois lentilles testées ? Trace cette propriété sur les lentilles.
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c) Eclairés avec des rayons incidents parallèles, que constates-tu pour les trois lentilles convergentes ?
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3°) Formation de l’image d’un point-objet, puis d’un objet étendu avec une lentille convergente :
a) Pour chacune des situations expérimentales, choisis une hypothèse.
Situation expérimentale
Hypothèse N°1
Hypothèse N°2
Hypothèse N°3
Un point objet (cache
Quand tu rapproches ou tu Quand tu rapproches ou tu
Quand tu rapproches ou
percé d’un trou très petit éloignes l’écran, l’image
éloignes l’écran, l’image
tu éloignes l’écran, l’image
contre la lanterne) est
devient floue.
devient plus ou moins
ne change pas.
placé environ 20 cm
lumineuse.
devant la lentille. Son
image est observée sur
l’écran.
L’objet étendu
(ensemble de pointobjet) est la lettre F. On
place le cache sur la
lettre F et l’écran est
placé pour former l’image
du cache (un seul pointobjet).
Tu observes l’image de
la lettre F sur l’écran,
obtenue avec une
lentille convergente.
Quand tu enlèves le cache,
l’image du F est floue, sauf
le point-image du cache.
Quand tu enlèves le cache,
l’image du F est nette,
comme celle du point-image
du cache.
Quand tu enlèves la
lentille, l’image de la lettre
F continue à se former sur
l’écran.
Quand tu enlèves la lentille,
l’image de la lettre F se
forme plus loin ou plus près
et il faut déplacer l’écran
pour la voir.
Tu observes l’image de
Quand tu places un cache
Quand tu places un cache
la lettre F sur l’écran,
au centre de la lentille,
au centre de la lentille,
obtenue avec une
l’image de la lettre F est
l’image de la lettre F est
lentille convergente.
moins lumineuse.
partiellement formée.
b) Réalise les quatre expériences et corrige tes hypothèses si elles sont fausses.
c) Propose une définition d’un objet et de son image formée par une lentille.
Quand tu enlèves le cache,
Seule une partie de
l’image du F est visible.
Quand tu enlèves la
lentille, l’image de la
lettre F ne peut plus se
former.
Quand tu places un cache
au centre de la lentille,
l’image de la lettre F ne se
forme pas.
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4°) Formation d’image et construction géométrique de rayons pour une lentille convergente :
Par convention, on introduit des grandeurs algébriques (avec un signe) en imposant les choix suivants :
OA < 0 pour rendre compte du fait que A est situé avant O et
situé après 0 si c’est le cas (sinon < 0).
OA' > 0 pour rendre compte du fait que A’ est
AB > 0 pour rendre compte du fait que l’objet est à l’endroit.
A ' B' < 0 pour rendre compte du fait que l’image est renversée (à l’envers par rapport à l’objet) ou A ' B' > 0 pour
rendre compte que l’image est droite (c’est-à-dire même sens que l’objet).
a) Sur le banc d’optique ci-dessous, identifie l’objet et l’image, puis place les différentes lettres A, B, A’, B’, O.
b) Quelle est le signe de la distance f’ = OF ' (en mètre, m), appelée distance focale image ? Justifie.
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Par définition, la distance focale objet est l’opposé de la distance focale image, notée f’ : f = -f’ ou
OF = - OF ' .
c) Quelle est le signe de la distance f = OF (en mètre, m), appelée distance focale objet ? Justifie.
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Par définition, la vergence (notée V ou C) est l’inverse de la distance focale image V = 1/f’ = 1/ OF ' (en dioptries,
de symbole 
d) Calcule la distance focale objet de la lentille utilisée sachant que V = + 8 δ: f = ……………………………………………………………
Définition : Le grandissement γ (gamma) est le quotient de la hauteur algébrique de l’image A’B’ (hauteur du F sur
l’écran) sur la hauteur algébrique de l’objet AB (la hauteur du F sur la source lumineuse) :
 
A' B'
.
AB
e) Avec le banc d’optique, place l’objet loin de
la lentille et rapproche-le de la lentille. L’image
se rapproche-t-elle ou s’éloigne-t-elle de la
lentille ? Comment varie alors la taille et le
sens de l’image par rapport à l’objet ?
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Pour mieux le comprendre, visualise le tracé des rayons lumineux avec l’animation : « Animation Lentille
Convergente ». Déplace l’objet entre - < OA < f et observe les deux rayons.
Méthode pour la construction de l’image d’une lentille mince convergente
Une lentille est dite mince si on peut considérer son épaisseur comme nulle, donc confondu avec le centre optique O.
Pour déterminer géométriquement la position de l’image A’B’ d’un objet AB orthogonal à l’axe optique, il suffit de
trouver l’image B’ conjugué de B (car A est sur l’axe optique, donc A’ aussi et il sera la projection orthogonale de B’)
en traçant au moins deux des trois rayons suivants :
Rayon (1) : le rayon incident passant par B et le centre optique O n’est pas dévié.
Rayon (2) : le rayon issu de B et parallèle à l’axe optique Δ émerge de la lentille en passant par le foyer principal
image F’.
Rayon (3) : le rayon passant par B et le foyer principal objet F émerge de la lentille parallèlement à l’axe optique Δ.
REMARQUE :
- Le plan perpendiculaire à l’axe tracé au foyer principal image F’ est appelé plan focal image de la lentille.
- Le plan perpendiculaire à l’axe tracé au foyer principal objet F est appelé plan focal objet de la lentille.
f) Pour chacune des positions de l’objet AB du tableau, place l’écran jusqu’à la position A’ de façon à obtenir une
image nette A’B’. Complète le tableau et trace les 3 rayons fondamentaux pour expliquer la formation de l’image.
Vérifie le tracé des rayons avec les animations : « cas 1 », « cas 3 », « cas 4 », et « autre cas ». Ouvre ensuite
« lentille » et fais varier les paramètres pour revoir tous les cas du 4°).
Situation
expérimentale
Cas 1 :
OA < 2 f.
OA = - 0,50 m.
Taille de l’image
(mesurer A' B ' )
Cas 2 :
Plus petite / Plus
grande / Identique
Place l’objet AB à
une distance 2 f
avant la lentille.
Cas 3 :
OA = f.
Place l’objet dans le
plan focal objet
avant la lentille.
Cas 4 :
OA < f.
Place l’objet à 10 cm
avant la lentille.
 
Image réelle /
Image virtuelle
A' B' = ……………………
Plus petite / Plus
grande / Identique
Image réelle /
Image virtuelle
A' B'
= ………………
AB
 
A' B'
= ………………
AB
 
A' B'
= ………………
AB
 
A' B'
= ………………
AB
OA' = …………………
Droite / Renversée
A' B' = ……………………
Plus petite / Plus
grande / Identique
Image réelle /
Image virtuelle
OA' = …………………
Droite / Renversée
Image réelle /
Image virtuelle
A' B'
AB
 
OA' = …………………
Droite / Renversée
A' B' = ……………………
Grandissement
OA' < 0 virtuelle)
OA' = …………………
Droite / Renversée
A' B' = ……………………
Position de l’image
( OA' > 0 réélle
Plus petite / Plus
grande / Identique
Place l’objet AB à 50
cm avant la lentille.
OA = 2 f.
Sens de l’image
Construction de l’image d’une lentille convergente (f<0 et f’>0) pour différentes positions d’un objet
Cas 1 où l’objet est situé à
OA < 2 f < 0
B
F’
A
Cas 2 où l’objet est situé à
Δ
O
F
OA = 2 f < 0
B
F’
A
Cas où l’objet est situé à 2f <
OA < f < 0
B
A
Cas 3 où l’objet est situé à
Δ
O
F
F’
Δ
O
F
OA = f < 0
B
F’
A
Cas 4 où l’objet est situé à f <
Δ
O
F
OA < 0
B
F
Autre cas : l’objet est situé à l’infini
A
F’
Δ
O
OA = -, les rayons issus de l’objet arrivent tous parallèle.
B à -
A à -
3 rayons issus de B
F
F’
O
Δ