chap-6-les-lentilles

Chap.3 Les lentilles
Matos :
- des lentilles à distribuer
- les lentilles à fixer au tableau + dispositif ‘optique géométrique’
- vidéoprojecteur
- CD Hatier 1S
- Un banc d’optique sur paillasse prof’
Les lunettes de vue, les lentilles de contact, une loupe : ce sont des lentilles…
Les instruments plus complexes : jumelles, microscope, lunette astronomique ou télescope en contiennent
tous également…
I- Deux types de lentilles :
Définition :
Lentille : milieu transparent (verre…) limités par deux surfaces (sphériques ou planes).
elles sont destinées à dévier les rayons lumineux.
On les différencie…
Lentilles convergentes
Lentilles divergentes
…Au toucher, à partir de
leur forme
Plus fines aux bords qu’au centre
Symbole :
Plus épaisses aux bords qu’au centre
Symbole :
…Par leur influence sur
un faisceau lumineux
…Par l’observation d’un
texte à travers la lentille
Grossissement : effet de loupe
Remarque : une loupe est une
lentille convergente
Eloignement
Au fait, pourquoi les lentilles dévient les faisceaux lumineux ?
Par réfraction (cf. Seconde)

O
II- Où se trouve ce que l’on voit à travers une lentille convergente utilisée en loupe ?
Tracer sur une feuille de papier A3 2 traits au crayon à papier comme sur le dessin ci-dessous en respectant
à peu près les distances…
(2)
œil
A (1)
Une lentille est posée sur la feuille le long du trait (2) tout en étant centré sur le trait (1).
Placer un objet (silhouette par exemple) posé sur (1) à 7 cm à gauche de (2) : au point A…
Il faut que lorsque vous l’observez à travers la lentille depuis le côté droit, la silhouette apparaisse
agrandie : la lentille joue le rôle de loupe.
Attention : ce qu’on observe depuis le côté droit n’est pas la silhouette mais l’image de la silhouette à
travers la lentille.
1) A votre avis cette image se trouve-t-elle :
- exactement au point A ?
- plus près de la lentille que la point A ?
- plus loin de la lentille que le point A ?
2) Vous devez maintenant déterminer avec précision la position de l’image. Pour cela il vous faut choisir
un point P de l’objet bien identifiable et déterminer la position de son image P’ (point conjugué de P à
travers la lentille).
Pour cela en procédera par visée à l’aide des deux réticules en plastique que l’on déplacera du côté droit
de la lentille. Appeler le professeur si vous ne savez pas faire…
3) Conclusion : prendre en note le contenu du diaporama.
Comment déterminer la position de l’image connaissant la position de l’objet par rapport à la lentille ?
III- Modélisation d’une lentille convergente :
1) Modélisation géométrique :
a) Les caractéristiques d’une lentille convergente :
Les foyers de la lentille :
Un faisceau de rayons parallèles à l’axe optique converge en un point : on l’appelle le foyer image noté F’.
Le point symétrique est F : le foyer objet.
axe optique (axe perpendiculaire au plan
F F’ de la lentille)

Le point où l’axe optique coupe la lentille est noté O, le centre optique de la lentille.
Définition : distance focale f ’ et vergence C d’une lentille
La distance focale est la distance OF’. On la note f ’= OF’
La vergence C est définie par :
Où f ’ est en mètre
C en m-1 (ou dioptrie )
Ainsi pour donner la principale caractéristique d’une lentille convergente (la distance qui sépare O et F’)
on peut donner :
- soit f ’ = 20 cm par exemple
- soit C = ??????????
Une méthode facile pour déterminer grossièrement la valeur de f’ : faire l’image du Soleil (ou de toute
source éloignée : quelques mètres suffisent pour que les rayons incidents soient parallèles…) sur un écran
et déterminer la distance lentille-écran : c’est la distance focale !
b) Tracé de trois types de rayons particuliers :
(1) (2) (3)
(1) Tout rayon incident passant par le centre optique O d’une lentille mince n’est pas dévié.
(2) Tout rayon incident parallèle à l’axe optique émerge de la lentille en passant par le foyer image F’.
(3) Tout rayon incident passant par le foyer objet F émerge de la lentille parallèlement à l’axe optique.
c) Construction géométrique de l’image d’un objet :
Méthode :
Appelons AB l’objet où A est situé sur l’axe optique (voir schéma ci-dessous).
Une fois qu’on sait où est positionné l’objet AB par rapport à la lentille, on construit l’image A’B’ à l’aide
de 2 des 3 rayons ci-dessus qui partent du point B.
Si ce schéma est réalisé à l’échelle on peut alors déterminer la position mais aussi la taille de l’image
A’B’.
Deux cas :
 L’objet AB est placé entre le foyer objet F et la lentille : C’est le cas étudié au II-
exemple d’échelle :
les échelles verticales et horizontales
peuvent être différentes…
L’image A’B’ est dans ce cas :
C = 1 / f ’

- du même côté que l’objet
- plus éloignée de la lentille que l’objet
- plus grande que l’objet : AB<A’B’
- dans le même sens que l’objet (les deux flèches pointent vers le haut).
L’œil voit donc l’image A’B’ agrandie : rôle de loupe…
 L’objet AB est placé à gauche de F :
Commencer par présenter la situation sur banc d’optique : on obtient une image nette sur l’écran pour
une position donnée de cet écran, si on déplace l’écran l’image devient floue. D’autre part l’image est
renversé par rapport à l’objet.
Va t’on retrouver cette caractéristique sur le schéma ???
L’image A’B’ est alors :
- de l’autre côté de la lentille et pourra être observée sur un écran
- renversée par rapport à l’objet.
Utiliser ici le logiciel Hatier 1S pour monter que :
- si l’objet est situé à gauche de F et très éloigné de la lentille alors l’image se trouve très près de F’
- si on rapproche l’objet de F (tout en le laissant à gauche) l’image s’éloigne de F’ vers le droite
- si l’objet est entre F et O : cas de la loupe…l’image est à l’endroit par rapport à l’objet.
IV- Modélisation analytique :
Peut-on prévoir la position et la taille de l’image par une relation mathématique ?
1) Utilisation de grandeurs algébriques :
On repère les positions des objets et des images par rapport au point O, centre optique de la lentille.
L’axe optique sera orienté dans le sens de propagation de la lumière de façon à compter positivement ou
négativement les distances.
De même l’axe vertical sera orienté (souvent vers le haut).

2) La relation de conjugaison :
Les positions de l’objet et de l’image sont liées à la distance focale de la lentille convergente par la
relation :
Rmq : théorème de Thalès…
3) La relation de grandissement :
Par définition le grandissement  est :
La relation de grandissement :