focometrie

PSA3 (Banque 2005)
Sujet : Détermination de distances focales
Fiche n° 2 : LISTE DE MATÉRIEL DESTINÉE AUX PROFESSEURS ET AU
PERSONNEL DE LABORATOIRE
Pour chaque poste
Un banc d’optique avec l’ensemble de ses accessoires, à savoir :
 une source lumineuse (lampe à incandescence) devant laquelle est placé un dépoli (papier
calque)
 deux objets lumineux :
- objet 1 : lettre découpée par exemple
- objet 2 : petit trou de 5 mm de diamètre maximum
Ces deux objets doivent être munis d'un papier calque si la lanterne n'en possède pas
 Deux supports pour lentille et écran pouvant coulisser le long du banc
 une lentille convergente identifiée (L) de distance focale voisine de 10 cm (afin que la
détermination de l'ordre de grandeur selon la méthode choisie garde du sens) et dont la valeur
de la vergence est masquée
 une lentille convergente identifiée (L') de vergence connue (par exemple + 3 dioptries)
 un écran
 un écran adapté pour le repérage de la position du foyer du miroir convergent :
- un demi-écran
ou
- une grille avec une pastille blanche au centre
 un support portant un diaphragme (de l'ordre du ½ cm de diamètre d'ouverture)
 un miroir sphérique convergent. Vérifier que l'axe du miroir est confondu avec l'axe du banc.
Remarque : les deux lentilles (L) et (L') doivent être clairement identifiables par les candidats.
Ce sujet a été testé avec les valeurs indiquées dans cette liste de matériel. Vous pouvez adapter les
valeurs des composants (ou le matériel) en fonction de l’équipement de votre laboratoire.
Les versions .rtf et .doc des fiches n° 2 et n° 3 jointes à la version .pdf vous permettent d’adapter le
sujet à votre matériel.
Cette adaptation ne doit entraîner EN AUCUN CAS de modifications :
- de la répartition des points entre les fiches n° 4 et n° 7 ;
- de la répartition des () par rubrique de la fiche n° 4 (par appel, par matériel, pour une
observation en continu) ;
- des questions de la fiche n° 7.
PSA3 (Banque 2005)
Sujet : Détermination de distances focales
Fiche n° 3 : ÉNONCÉ DESTINÉ AU CANDIDAT
Ce sujet est accompagné de deux feuilles individuelles de réponses sur lesquelles vous devez
consigner vos résultats.
But de la manipulation : Déterminer la distance focale f 'L d’une lentille mince convergente (L) puis celle
f 'M d'un miroir sphérique.
Travail à effectuer :
A. Détermination de la distance focale d'une lentille mince convergente
On appelle A un point de l'objet lumineux situé sur l’axe optique et A' son image.
On note "D" la distance entre l'objet lumineux et l'écran et "d" la distance entre l'objet lumineux et la
lentille mince.
1. Ordre de grandeur de la distance focale f 'L
1.1
Placer l’objet lumineux n°1 (lettre découpée) contre la source de lumière, à la graduation "0" du
banc d’optique.
1.2
Placer l’écran à l’autre extrémité du banc. Placer la lentille (L) entre l’objet et l’écran, près de
l'écran. Éloigner la lentille (L) de l'écran jusqu'à obtenir une image de l'objet lumineux n°1 sur cet écran.
1.3
Mesurer les distances D et d et reporter leur valeur sur la feuille de réponses.
1.4
Répondre aux questions numérotées de 1.4.a. à 1.4.e. de la feuille de réponses.
Appeler le professeur pour vérifier les positions et les mesures (appel 1)
2. Mesure de la distance focale
2.1
L'objet lumineux n°1 étant toujours sur le banc d’optique à la graduation "0", placer l'écran à une
distance D de l'ordre de 1 m de l'objet lumineux.
2.2
Régler la position de la lentille (L) de façon à obtenir une image de l'objet lumineux sur l'écran.
Relever avec le maximum de précision les valeurs de d et D mesurées sur le banc et les reporter sur la
feuille de réponses.
Appeler le professeur pour vérifier les positions et les mesures (appel 2)
2.3
Répondre aux questions 2.3.a. et 2.3.b. de la feuille de réponses.
B. Détermination de la distance focale d'un miroir sphérique convergent
1. Principe
Pour déterminer la position du foyer image du miroir sphérique, on s'appuie sur la propriété du foyer image
rappelée ci-après :
Un faisceau de rayons incidents parallèles à l'axe du miroir converge au foyer image du miroir.
Répondre à la question 1. de la feuille de réponses.
2. Obtention d'un faisceau incident parallèle à l'axe optique du miroir
2.1 Répondre à la question 2.1 de la feuille de réponses.
2.2 Remplacer l'objet lumineux n°1 par l'objet lumineux n°2 (trou de 5 mm de diamètre). Ce nouvel objet
est toujours placé à la graduation "0" du banc. Placer la lentille (L') de vergence C = + 3 δ de façon à
obtenir un faisceau émergent parallèle à l'axe optique de cette lentille.
Appeler le professeur pour vérifier la qualité du faisceau émergent de (L’) (appel 3)
3. Détermination de la distance focale du miroir
Placer le miroir sphérique à environ 1 m de la lentille, de façon à ce que leurs axes optiques soient
confondus. En déplaçant l'écran adapté, repérer la position du foyer F'M du miroir. Évaluer la distance focale
du miroir et noter le résultat sur la feuille de réponses.
Appeler le professeur pour vérifier la position du foyer (appel 4)
Défaire le montage optique et ranger la paillasse.
Le candidat doit restituer ce document avant de sortir de la salle d'examen.