Optique tp évalué, focométrie

Travaux pratiques d’optique : lentille convergente
1. Observation de la lentille boule.
 Observe la lentille boule.
1. Dans quel sens sont vus des objets éloignés vus au travers ?
2. Dans quel sens sont vues des lettres quand ont fait rouler la bille sur la feuille ?
Vocabulaire : en optique la chose que l’on observe, dont on forme l’image est l’objet (l’antécédent en
maths).
2. Estimation de la distance focale
Le foyer d’une lentille est le point où se forme l’image du soleil. C’est aussi le point qui sépare les
deux types de comportement : loupe (image droite agrandie, et lentille de projection : image
renversée.)
Première méthode :
 Place ta lentille très loin de la source (l’ampoule), forme l’image du filament, mesure la distance
lentille image. f=_____________________________
3. Calcule alors la vergence de ta lentille en m-1.
La vergence est plus adapté à la comparaison des lentilles, plus la lentille est « forte » plus sa
vergence est grande.
3. Deux familles de mises au point : Soleil et cinéma
Les deux grandes familles de mise au point sont les suivantes :
Une mise au point appelée cinéma : l’image est agrandie, renversée.
Une mise au point appelée soleil : l’image est réduite par rapport à l’objet.
4. Dans le cas d’une mise au point cinéma où se trouve l’objet par rapport au foyer ?
5. Où se trouve l’image, dans quel sens ?
6. Dans le cas d’une mise au point soleil, où se trouve l’objet par rapport au foyer ?
7. Où se trouve l’image, dans quel sens ?
4. Pause théorique :
Le schéma optique, désignation des points : objet AB, centre O, image A’B’, foyers F et F’.
5. Mise au point d’une formule de conjugaison.
Le but des mesures est de mettre au point une formule, une relation liant La distance objet lentille AO,
la distance lentille image OA’, La distance focale f.
 Pour quatre mises au point variées mesure AO, OA’ rassemble les mesures dans le tableau.
Tableau modélisation.
AO= Distance
objet lentille m
∞
3f
2f
1,5f
1,2f
1,1f
1
AO
unité ???
P’=Distance lentille
image
1'OA
1/P’unité ???
11
'AO OA
unité ???
8. Compare la dernière ligne du tableau avec la vergence de ta lentille.
6. Grandissement. Thalès
On appelle grandissement le rapport entre la taille de l’image et la taille de l’objet, on pense tout de
suite au gain.
''AB
AB
.

Travaux pratiques d’optique : lentille convergente
 Faire une mise au point, mesurer les tailles de l’objet et de l’image, ainsi que les distances AO et
OA’.
9. En déduire la relation :
' ' 'A B OA
AB OA
.
10. A l’aide d’une construction et du théorème de Thalès (-300 av JC) démontrer cette relation
géométriquement.
7. Mise au point avec grandissement imposé.
On cherche à obtenir un grandissement donné. Comme le filament est de taille fixe, cela revient à dire
que l’on cherche une taille d’image bien précise, 10 cm.
11. A l’aide des formules de conjugaison et du grandissement déterminer les positions de l’objet
et de l’image pour réaliser ce contrat.
 Produire une image de taille 10 cm.
 Vérifier la valeur des prévisions.
8. Position 4f :
12. Montrer par une construction que quand la distance entre l’objet et la lentille vaut 2f, alors la
distance entre la lentille et l’image vaut 2f aussi.
13. Retrouver ces positions par une application de la formule de conjugaison de DESCARTES.
14. Donner une valeur du grandissement, d’après la construction.
15. Retrouver cette valeur en appliquant THALES.
9. Loupe
16. Illustrer le principe de la loupe par une construction.
17. L’image est-elle réelle ou virtuelle ?
18. Quel est le rôle de l’œil ?
19. Une lentille a pour distance focale f = 10 cm, on place une fourmi à 8 cm de la lentille, prévoir
l’a position de l’image par une application de la formule de conjugaison.
10. Grandissement
20. Réaliser une construction où, l’objet étant réel, l’image est réelle aussi. (conseil, ne pas
s’éloigner de la position 4f).
21. Légender la construction.
22. Exprimer la formule du grandissement d’après la légende.
23. Exprimer le grandissement en fonction de f et AO.
24. Application : un objet de 2 cm est placé à 10 cm d’une lentille de distance focale 5 cm.
25. Quelle est la mesure algébrique de l’image A’B’ ?
11. Miroir :
26. Montrer les propriétés des trois types de ayons « utiles pour les construction de l’image d’un
objet par un miroir. Tracer un demi cercle, faire apparaître le centre et utiliser la li de la
réflexion pour retrouver les propriétés des rayons.
27. Démonstration des formules de conjugaison pour le miroir, lentille à partir des expressions du
grandissement.
12. Positions de BESSEL, SILBERMAN
28. En utilisant la formule de conjugaison, origine au centre optique, faire apparaître une relation
liant la mesure algébrique AA’ (objet, image), et la mesure algébrique OA (objet lentille).
29. Cette relation prend la forme d’un trinome du second degré.
30. Montrer grace à cette relation que pour AA’ >4f, il y a 2 positions de la lentille pour lesquelles
la relation est vérifiée.
31. Exprimer avec les racines, les positions qui vérifient la relation.
32. Que deviennent ces positions si AA’ tend vers l’infini ?
33. Montrer que l’une de ces positions s’apparente à une projection cinématographique.
34. Montrer que l’autre s’apparente à la formation de l’image du Soleil.
35. Formule du grandissement avec A, avec A’.