OPTIQUE

OPTIQUE 1 (3 points)
La figure n°1 du document - réponse n°1 représente une lentille devant laquelle est placé un
objet AB.
1) De quel type de lentille s’agit-il ?
2) a - Comment appelle-t-on la distance OF’ ?
b - Sachant que la vergence de la lentille est de 10 dioptries, en déduire la distance OF ’.
c - Construire :
le rayon émergent correspondant au rayon incident BO,
le rayon émergent correspondant à un rayon incident parallèle à l’axe optique et passant par le
point B.
B
A
F’
O
F
Figure n°1
OPTIQUE 2 (3 points)
La diode laser du lecteur de CD-ROM émet un faisceau lumineux de longueur d’onde  =
1,06 m, liée à sa fréquence par la relation  = c / f . Dans cette formule  est exprimée en
mètres et f en hertz. On donne : c = 3 x 108 m/s .
1) A quel domaine ce rayonnement appartient-il, sachant que :
Infra-rouge lumière visible ultra-violet
4 x 1014 Hz
7,5x1014 Hz
fréquence f
2) Un rayon lumineux arrive sur une facette du CD-ROM avec un angle
d’incidence de 30°. On désigne par I le point d’impact du rayon sur le disque.
2.a) La facette du CD-ROM se comporte comme un miroir plan. Représenter, sur la
figure 3 du document réponse, le rayon incident et le rayon réfléchi en indiquant leurs
directions et leurs sens.
2.b) En déduire la valeur de l’angle de réflexion.
OPTIQUE 3:ÉTUDE D’UN PROJECTEUR
Dans les concerts, on utilise des projecteurs afin de créer des effets lumineux : ces projecteurs
émettent des faisceaux lumineux parallèles qui, grâce à un jeu de miroirs actionnés par des
moteurs, peuvent éclairer les différents endroits de la scène.
On se propose d’étudier le trajet suivi par un rayon lumineux.
Foyer
image
F’
Foyer objet
F
Lentille
Rayon
émergent
miroir
1°) Afin d’obtenir un faisceau parallèle, on place une lentille convergente dont le schéma
et les foyers sont représentés sur la figure n°3 du document - réponse.
Représenter sur cette figure le rayon incident correspondant au rayon émergent de la lentille.
2°) Ce rayon émergent vient frapper un miroir plan.
Mesurer l’angle d’incidence sur le schéma.
3°) Tracer sur la figure n°3 du document - réponse le rayon réfléchi par le miroir.
OPTIQUE 4 (3 points)
Une seconde solution pour alimenter en électricité les sites isolés consiste à utiliser des
panneaux solaires. Ces capteurs solaires constitués de cellules photovoltaïques transforment
l'énergie solaire en énergie électrique.
Le soleil émet des radiations électromagnétiques. L'œil ne perçoit que les radiations qui ont
une longueur d'onde comprise entre 430.10-9m et 650.10-9m : c'est le domaine visible.
Donner le nom des radiations dont les longueurs d'onde sont inférieures à celles du domaine
visible ainsi que le nom des radiations dont les longueurs d'onde sont supérieures à celles du
domaine visible
Quel appareil permet de mesurer l'éclairement des cellules ?
Toutes les longueurs d'onde ne sont pas captées par le panneau solaire ; dans ce as, les rayons
du soleil se réfléchissent sur la surface plane du -capteur. Sur le document - réponse,
prolonger le rayon fléché pour indiquer son trajet après la réflexion. Faire apparaître la
méthode de construction de ce rayon réfléchi.
D o cum en t rép on se
Q u e s tion 2 c : con s tru ire le rayon ré f léch ip a r le p ann eau so la ire
R ayon in c id en t
P ann eau so la ire
OPTIQUE 5
La lumière visible a une couleur qui dépend de sa fréquence et de sa longueur d’onde.
Une vibration lumineuse de couleur jaune a une fréquence de 5.1014 Hz. Calculer sa longueur
d’onde sachant que la célérité de la lumière est de 3.108 m/s.
Expliquer les termes : lumière infrarouge et lumière ultraviolette.
Citer l’unité d’éclairement.
OPTIQUE 6
Sur la figure 3 du document réponse, compléter la marche des rayons lumineux issus du point
B
O
F'
F
OPTIQUE 7
Pour détecter la présence d’un objet, on utilise un capteur optique.
L’appareil émet un faisceau lumineux qui se réfléchit sur la surface de l’objet à détecter
comme sur un miroir. La lumière réfléchie est captée par le récepteur ( voir figure 4 du
document réponse n°2 ).
2.A.La lumière est émise par une diode électroluminescente rouge. Parmi les longueurs
d’onde suivantes, indiquer celle correspondant à la lumière rouge :
650 mm ; 650 m ; 650 nm ou 650 pm.
On rappelle que : 1 nm = 10-9 m
1pm = 10-12 m
2.B.Calculer la distance focale de la lentille mince convergente sachant que la vergence est de
25 dioptries.
2.C.Compléter le trajet des deux rayons lumineux sur le document - réponse figure 4 (F et F’
sont les foyers de la lentille mince convergente du récepteur).
OPTIQUE 8 (3 points)
Une lentille mince convergente de vergence c = 3 dioptries reçoit un faisceau parallèle de
lumière issue du soleil. Les rayons lumineux sont parallèles à l'axe de la lentille.
1) Quelle est la distance focale de la lentille ?
2) Par quel point passent tous les rayons de ce faisceau ?
3) On recueille l'image du soleil sur un écran. Celui-ci s'échauffe. Pourquoi ?
OPTIQUE 9 (3 points)
Le monte-charge précédent utilise une barrière optique infrarouge pour éviter les accidents.
Sur la figure 4 (document - réponse n°1), compléter le trajet des deux rayons lumineux
représentés. Ces rayons sont émis par la source à travers la lentille convergente L de distance
focale OF et rencontrent ensuite les miroirs à 45° M1 et M2.
L
M1
F
x
O
A
Source
infrarouge
ponctuelle
vers détecteur
infrarouge
B
z
M2
y
Figure 4
1) Sur le document réponse, fig 5, indiquer le domaine des longueurs d'ondes des radiations
visibles.
2) Comment modifier :
a) la forme d'un faisceau lumineux ?
b) la direction d'un rayon lumineux ?
OPTIQUE 10
1°) Sur la figure n°6 de l'annexe 2, deux rayons verticaux et parallèles notés 1 et 2 tombent
sur le miroir. Dessiner les rayons réfléchis notés 1’ et 2’.
2°) On veut envoyer les rayons réfléchis 1’ et 2’ à travers une lentille mince convergente pour
les faire passer par son foyer image.
Proposer une position possible pour la lentille en la dessinant sur l’annexe 2.
Y a-t-il d’autres positions possibles ?
1
45°
Figure n°6
2
OPTIQUE 11
On considère une lentille mince convergente de distance focale 5 cm.
1°) Calculer la vergence de cette lentille.
2°) Sur le schéma de la figure 3 du document - réponse, placer ses foyers objet et
image. Un point B est situé à 7 cm du centre optique O, du côté du foyer objet et
à 2 cm au dessus de l’axe optique. Tracer la marche de deux rayons lumineux
partant de ce point B :
a ) l’un parallèle à l’axe optique.
b ) l’autre passant par le centre optique O.
B
O
OPTIQUE 12
Un objet réel AB est placé à 20 cm en avant d'une lentille convergente L de
distance focale égale à 10 cm (figure 4 du document-réponse n°2).
1- Calculer la vergence de la lentille en précisant le nom de l'unité.
2- Placer sur le document-réponse les foyers objet F et image F'.
Comment appelle-t-on le point O , et la droite x'x ?
3- Tracer la marche d'un rayon lumineux partant de B et passant par O , puis celle
d'un rayon lumineux partant de B et parallèle à la droite x'x.
lumière
B
0
X’
A
L
Echelle : 1/5
Figure 4