I) généralités sur les lentilles

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MPS : lentilles optiques
Paillasse élèves :
- Banc d’optique
- Lampe avec lettre-objet
- Support pour lentille
- Lentille de + 10  ; une lentille divergente -8
- Support avec écran
- Ordinateur (à vérifier)
- tableau magnétique avec lentilles convergentes et divergentes
- expérience de diffraction par un laser (prof)
- expérience de diffraction avec un disque de plexiglas (prof)
- le gros œil
I) généralités sur les lentilles
1) lentille divergente et convergente
Ouvrir la boite contenant le matériel d’optique, et observer les lentilles.
Il en existe de 2 types:
- les lentilles convergentes
- les lentilles divergentes
Une lentille convergente ou divergente est un milieu transparent limité par deux surfaces dont l’une au moins
n'est pas plane. Au laboratoire, les lentilles convergentes utilisées possèdent 2 faces convexes, les lentilles
divergentes 2 faces concaves. Les lentilles convergentes possèdent des bords plus épais que le centre. Pour les
lentilles divergentes, c'est l'inverse, les bords sont plus _______________que le centre.
Q1 : compléter le tableau suivant
Type de lentille
Symbole
Lentille ___________________ avec
dans l’ordre une face ______________
et une face plane, 2 faces
_____________, une face
______________ et une face convexe
Lentille ____________________ avec
dans l’ordre une face ______________
et une face plane, 2 faces
_____________, une face
______________ et une face convexe
Q2 : observer un objet à travers une lentille convergente puis divergente et noter vos observations.
Compléter le texte suivant :
Une lentille convergente ou divergente est un milieu _____________ limité par deux surfaces dont l’une au
moins n'est pas plane. En optique, on utilise généralement des lentilles possédant 2 faces convexes ou
______________________. Les lentilles convergentes possèdent des bords plus ____________ que le
centre. Pour les lentilles divergentes, c'est l'inverse, les bords sont plus _______________que le centre.
Q3 : sur le tableau optique est placé des lentilles divergentes et convergentes. Observer la marche des rayons
lumineux en sortie de ces lentilles. En déduire une explication des expressions : lentille convergente, lentille
divergente.

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Q4 : utiliser l’animation de ‘Geneviève Tulloue ‘Lentille sphérique mince université du Mans ‘ pour
confirmer la réponse à la question Q3.
2) pourquoi la lumière est déviée lorsqu’elle traverse une lentille ?
Q5 Observer le chemin du rayon lumineux d’un laser lorsqu’il passe d’un milieu transparent l’air, vers le milieu
transparent eau. Même question pour le rayon lumineux qui traverse un disque de plexiglas. Que remarquez-
vous ? Ce phénomène est appelé la réfraction. Donner la définition de la réfraction.
Q6 : repérer sur le schéma ci-dessus la lentille divergente puis convergente. Chacune de ces deux lentilles à un
axe de révolution appelé axe optique . Observer le cheminement du rayon lumineux lorsqu’il traverse les
lentilles. Quel phénomène est responsable du changement de direction de la lumière ? Justifiez le nom de
lentille convergente puis divergente.
3) lentilles utilisés pour corriger les défauts de l’œil, historique
Q7 : donner des noms de systèmes optiques utilisant des lentilles.
Article Wikipédia
C'est à Ninive, ancienne capitale de l'empire assyrien, qu'au XIXe siècle, Sir Austen Henry Layard découvre les
premiers verres lentiformes, dans des couches datant de4 000 ans avant notre ère. On ignore à quoi ils
servaient exactement mais cette découverte soulève de nombreuses questions car cette ville fut pendant
longtemps le grand centre commercial et culturel du Moyen-Orient, et parce que la
vulgarisation des connaissances acquises est une pratique rare dans l'Antiquité.Les
premières mentions sans équivoque de l'utilisation d’une lentille proviennent de
la Grèce antique. Aristophane évoque notamment dans sa pièce Les Nuées, écrite
en 423 av. J.-C., un « verre à feu » (une lentille convexe utilisée pour produire
du feu en focalisant le rayonnement solaire). Les écrits de Pline l'Ancien (23-79)
montrent également qu’un tel dispositif était connu dans l’Empire romain. Ils
mentionnent ce qui peut être interprété comme la première utilisation d’une lentille
pour corriger la vue en décrivant l’utilisation que fait Néron d’une émeraude de forme
convexe lors des spectacles de gladiateurs (probablement pour corriger un défaut de vision). Sénèque (3 av. J.-
C. - 65) décrit l’effet grossissant d’un globe en verre rempli d’eau.Le mathématicien arabe Alhazen (965-1038),
a écrit le premier traité d'optique qui décrit comment le cristallin forme une image sur la rétine.Les lentilles
n’ont cependant pas été utilisées par le grand public avant la généralisation des lunettes de vue, probablement
inventées en Italie dans les années 1280.L'origine de ces premières besicles (voir photo) reste aujourd'hui
encore largement méconnue : ils sont trois, deux Italiens -Alexandro Spina, Salvino d'Armato- et un Anglais -
Roger Bacon-, à revendiquer la paternité de l'invention. Une chose est sûre : les lunettes apparaissent dans le
milieu monastique, les moines étant alors les seuls à savoir lire et écrire. Jusqu'au 16e siècle, lorsqu’ils sont
atteints de presbytie (ils doivent augmenter la distance entre l’objet à observer et leur œil), ils auront à leur
disposition qu'un seul type de besicles, des lunettes aux verres minéraux convexes pour pouvoir voir de près et

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recopier leurs manuscrits sacrés. Les myopes, qui voient flou les objets éloignés, attendront la Renaissance pour
utiliser des lunettes fabriquée à partir de lentilles divergentes pour corriger leur défaut de l’œil. Quelques
modèles de ces premières besicles sont exposés au musée de la lunette : grossièrement taillées dans une
monture monobloc ou constituées de verres enchâssés et reliés par un axe central, certaines sont en cuir bouilli,
en écaille de tortue ou encore en laiton et en cuivre. Si pendant 500 ans, la forme des besicles n'évolue guère,
les lunettes vont connaître une mutation importante au 18e siècle avec l'apparition de petites branches, tenant
sur les tempes. La collection Essilor - Pierre Marly, conservée à Morez, comprend plusieurs de ces modèles,
dont des lunettes à tempes tout en argent ayant appartenues à l'une des filles de Louis XV, Victoire de France.
Quelques dates
XIIIe siècle : les origines
Auparavant, les moines utilisaient des loupes de lecture, posées à même le texte, pour grossir les caractères.
Avant de parvenir au concept de « lunettes », il fallut encore fixer deux manches de ces loupes par un clou, pour
les porter sur le nez. Ce furent les premières « bésicles clouantes ». La paternité de l’invention reste un sujet
de controverse : revient-elle au moine Roger Bacon, mort en 1294, ou au Florentin Salvino degli Armati, mort en
1317 ? Mystère…
Moyen Âge : le développement
De nombreuses gravures et dessins du Moyen Âge témoignent de personnages portant bésicles, au point de faire
des anachronismes en peignant des saints binoclards. Utilisées principalement par les moines et les savants, leur
usage va exploser avec l’invention de l’imprimerie, qui démocratise l’acte de lecture. Maintenir en équilibre ses
bésicles sur le nez demeure cependant un exercice périlleux, car les branches n’existent toujours pas.
De la Renaissance au XVIIIe siècle : la mode a du nez
Les lunettes, ça se voit comme le nez au milieu de la figure. Les binocles vont donc devenir un objet de mode de
plus en plus raffiné.
1440 : grosse actualité pour les myopes ; les verres concaves apparaissent à Florence. Avant, seuls les
astigmates utilisaient les « lunettes ».
1508 : Léonard de Vinci, dans son « Codex de l’œil », décrit une méthode pour modifier la cornée, dans ce qui est
considéré comme l’ancêtre des lentilles de contact.
1728 : les lunettes à tempes. Il faut attendre l’invention d’un opticien anglais, Edward Scarlett, pour voir les
premières lunettes à branches, notablement courtes pour faciliter le port des perruques. Mais les branches, par
la pression exercée sur les tempes, donnent des maux de tête aux lecteurs aguerris. Les lunettes sans branches
resteront donc la mode jusqu’aux environs des années 1930.
XVIIIe siècle : les lunettes deviennent un accessoire de distinction sociale, et les lunetiers rivalisent
d’inventivité pour convaincre les clients de poser leurs créations sur leur nez. Lorgnon, lorgnette, mini-longue-
vue, binocles ciseaux tenus par la main comme pour couper le nez, etc., les lunettes sont un point de rencontre
entre la médecine et la mode.
XIXe siècle-1930 : monocles, binocles et pince-nez
D’objet de distinction sociale, le verre correcteur se veut de plus en plus pratique. Les hommes portent leur
monocle galamment attaché à leur veston, telle une montre gousset. Les binocles possèdent un système de
pince-nez pour tenir plus efficacement. Le verre correcteur reste un objet extérieur au corps, que l’on met puis
que l’on enlève.
1825 : grosse actualité pour les astigmates ; les verres correcteurs de l’astigmatisme apparaissent.
1887 : les premiers verres de contact sont créés. Ce sont des lentilles lourdes et peu confortables, en verre
soufflé.
XXe siècle : branches de lunettes, technologie et lentilles
Les branches de lunettes se généralisent enfin. Les innovations technologiques s’intensifient, comme en
témoigne le rythme des avancées majeures : verres allégés, incassables, amincis, antireflets, « verres » en
plastique, qui « bannissent » les rayons UV, permettent de voir en 3D… Les lunettes ne sont plus un accessoire
que l’on garde en poche, mais elles figurent la personnalité de leur propriétaire.Parallèlement, les formes des
lunettes deviennent des marqueurs d’époque (petites et rondes dans les années 1930-1940, Ray-Ban et gros
cadre pour Buddy Holly et les aviateurs des années 1950, « papillon » dans les années 1960 et 1980, montures
très fines en 2000).
1952 : les lunettes en 3D (rouge/vert) fleurissent sur les nez, surtout aux États-Unis.

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1959 : grosse actualité pour les presbytes ; Bernard Maitenaz crée Varilux, le premier verre progressif.
1961 : invention des lentilles de contact souples par le chimiste tchèque Otto Wichterle, grâce à l’utilisation d’un
hydrogel.
1971 : les premières lentilles souples sont commercialisées.
Années 2000 : les lunettes, interfaces de nos vies augmentées
Les lunettes ne sont plus simplement le fruit d’innovations technologiques, elles intègrent les autres
technologies : des verres permettent de regarder des films en 3D avec un confort remarquable, tandis que les
« smart lunettes » sont l’interface privilégiée pour vivre les services offerts par les nouvelles technologies. Les
montures ne sont plus un outil encombrant qui pèse sur le nez, mais un moyen d’immersion dans la vie numérique.
2013 : des lentilles connectées ? Des scientifiques coréens mettent au point des lentilles à LED, connectées à
l’iris de l’œil. La lunette se rapproche du cerveau ! On parlera de technologie à porter « en soi ».
Q8 : donner le nom et, quand c’est possible, la date des 6 grandes inventions permettant à l’homme de corriger
les défauts de l’œil.
Q9 : quels sont les noms et les définitions (à trouver sur internet) des 4 grands défauts de l’œil.
II) image et objet (cas des lentilles convergentes)
1) définition
Un objet AB envoie une infinité de rayons lumineux vers la lentille. Cette infinité de rayon lumineux est appelé
un faisceau lumineux. Le faisceau lumineux, en sortie de la lentille, converge et forme l’image A’B’ de l’objet AB.
Lorsqu’à un point objet A correspond un seul point image A’ alors l’image obtenue est nette ! On dit que A est
un objet ponctuel et que A’ est son image ponctuelle. Tous les rayons lumineux issu de A converge et se
coupent en A’.
Q1 Regarder à travers une lentille convergente une lettre écrite sur un papier. Quelles sont les différences
entre l’objet et son image ?Sur l’animation de ‘Geneviève Tulloue lentilles minces’ où se trouve l’objet et où se
trouve l’image pour une lentille convergente ?
2) vergence V et distance focale f’ d’une lentille convergente
Q2 Sur chaque lentille convergente est indiquée sa vergence V en dioptrie, symbole . Prendre trois lentilles
L1, L2 et L3 dont les vergences sont les suivantes : V1 = 2 , V2 = 10 et V3 = 20 . Observez-les, que
remarquez-vous ? Faire l’image nette du néon sur le sol à travers les 3 différentes lentilles (les unes après les
autres) . Relever à chaque fois la distance entre la lentille et l’image du néon que l’on notera f’1 (lentille L1), f’2 et
f’3. Cette distance est appelée la distance focale de la lentille.
Compléter le tableau suivant
V1 = 2
V2 = 2
V2 = 2
f’1 =
f’2 =
f’2 =
Q3 Quelle est la relation entre la vergence V d’une lentille et sa distance focale f’ ? Quelle est votre définition
de la distance focale f’ et de la vergence V ?
3) les différentes caractéristiques d'une image
Placer sur le banc d’optique, l’objet AB (flèche de 1 cm) au repère 0 cm. Placer la lentille convergente de
vergence V = 10 sur le banc d’optique (distance focale f’ = 1/V = 0,10 m = 10 cm). O est le centre optique de la
lentille. La distance OA est la distance entre la lentille et l’objet. Pour chacune des distances OA notées ci-
dessous, déplacer l’écran de façon à recueillir une image nette de l’objet.
Cas 1 : OA = 50 cm
Cas 2 : OA = 15 cm
Cas 3 : OA = 5 cm

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Q4 : Compléter le texte suivant :
Suivant la position de l'objet une image peut être:
- _____________ ou _____________ si elle est plus petite ou plus grande que l'objet
- _______________ ou ______________ si elle est dans le même sens ou le sens opposé à l'objet
- _______________ si on peut la recueillir sur un écran ou ______________dans le cas contraire
IV) étude la lentille convergente
1) points et rayons particuliers pour une lentille convergente
Centre optique O
Si l’on néglige l’épaisseur de la lentille, l’axe optique coupe celle-ci en un point appelé centre optique O.
Q1 : sur l’animation ‘Genevieve Tulloue, lentilles minces’ cliquer sur faisceau. Changer la taille et la position de
l’objet A1B1 ; que remarquez-vous concernant le rayon passant par l’axe optique ?
Foyers objet F et image F‘
Q2: à l’aide de l’animation répondez aux questions suivantes :
- que remarquez-vous sur le rayon incident, parallèle à l’axe optique d’une lentille convergente ?
- même question pour un rayon incident passant par le point F.
Q3 : à compléter : Un rayon lumineux passant par le centre optique O d’une lentille mince convergente n’est pas
_________.Tout rayon incident, parallèle à l’axe optique, émerge en passant par un point F’ de cet axe situé
après la lentille. F’ est appelé _______________________.
Tout rayon incident passant par le ____________ noté F, situé sur l’axe optique avant la lentille, émerge
__________________ _________ ________________________________.F’ est le _____________ de
F par rapport au point O.
2) plans focaux objet et image
Les plans orthogonaux à l’axe optique de la lentille et passant par les foyers principaux objet et image sont
appelés respectivement _________________________ et ______________________________
Le plan focal orthogonaux à l’axe optique de la lentille et passant par le foyer objet est un plan focal
__________________.
Q4 :compléter à l’aide des connaissances précédentes le schéma suivant ;