Problèmatique du chapitre 1 : (vision et images )

1ère S - Chapitre 1 – TP n°1 découverte les lentilles minces convergentes
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1ère S Chap. 1 - Œil, lentilles minces et images
TP 1 découverte des lentilles minces convergentes
 Chapitre du livre en rapport avec le chapitre 1: Œil, lentilles minces et images
 Notions et compétences :
NOTIONS
1_1 L’œil – modèle réduit
Vu …
COMPETENCES
Décrire le modèle de l’œil réduit et le mettre en
correspondance avec l’œil réel
Connaître les principales caractéristiques d’une
lentille mince convergente
AD1
1_2 Lentilles minces
convergentes : Distance focale vergence
A. Activité documentaire AD 1 : anatomie et modèle optique de l’oeil
TP1
De très nombreux systèmes optiques utilisent une ou plusieurs lentilles .
B.
I)
Citez au moins trois systèmes optiques comportant des lentilles.
Comment les reconnaître ?
I 1 ) Expérience 1 :
Les boîtes de collection contiennent de nombreuses lentilles , que l’on peut classer.

C.
Grâce au toucher
Prendre entre ses doigts diverses lentilles et les classer en deux catégories.
 Par observation d’un objet lointain, puis d’un texte
Prenez chacune des deux lentilles, tendez le bras et observez un objet
( fond de salle ), puis proche : le texte (placer la lentille à quelques centimètres du texte) .
D.
lointain
Comment est l’image par rapport à l’objet ?
I2) Expérience 2 :
On utilisera maintenant la mallette en bois .
 Par déviation d’un faisceau lumineux
A l’aide du dispositif placé sur votre paillasse (source de lumière munie d’une grille), faites arriver
sur chacune des deux types de lentilles des rayons lumineux parallèles
E.
Observer les rayons qui émergent et schématiser ( sans se soucier de l’intérieur
de la lentille)
F.
♥ En comparant l’allure des faisceaux incidents et émergents, justifier le nom
de chaque type de lentille : lentille convergente et lentille divergente
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II)
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Définition d’une lentille mince convergente :
♥ Une lentille est un milieu transparent limité par deux surfaces dont l’une au moins
n’est pas plane
♥ Une lentille est dite mince si son épaisseur e est faible devant son diamètre D .
L’épaisseur de sa partie centrale est réduit à un point noté O : son centre optique
♥ Une lentille mince possède un axe de symétrie: l’axe optique de la lentille : c’est
l’axe qui joint les 2 centres de courbure des « 2 faces » . il est perpendiculaire à la
lentille et passe par le centre optique.
Représentation conventionnelle d’une lentille mince convergente :
Sens de déplacement du rayon lumineux donc sens positif
III) Propriété du centre optique et de l’axe optique :
Un seul rayon lumineux est nécessaire.
Sur une feuille de papier A4 :

Tracer l’axe optique dans le sens de la plus grande longueur. Repérer par la lettre O
le milieu de cet axe
 Tracer et numéroter alors 3 ou 4 rayons lumineux dirigés vers O.
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
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Repérer le centre d’une lentille convergente que vous placez alors au point O, le plan
principal de cette lentille étant perpendiculaire à cet axe.
Positionner alors la source et la feuille pour obtenir les différents rayons lumineux représentés sur
votre feuille et pour chacun d’eux , tracer et numéroter les rayons émergents
G.
Conclure
♥ Tout rayon lumineux passant par ………………………….………….ne subit aucune déviation .
IV) Foyer image d’une lentille convergente et distance focale :
On utilise maintenant 3 rayons lumineux incidents parallèles à l‘axe optique
Sur une autre feuille de papier A4 :

Comme précédemment, tracer l’axe optique, placer le centre optique O puis
positionner une première lentille L1(la plus mince) et reproduire sur la feuille les
contours de celle-ci.
 Tracer la perpendiculaire à l’axe optique passant par O ; la faire ensuite coïncider
avec le plan principal de la lentille
 Utiliser au moins 3 rayons lumineux parallèles à l’axe optique rencontrant la lentille
 Observer, tracer et numéroter le trajet des rayons lumineux incidents et émergents.
Faire de même avec une lentille plus épaisse L2 ( utiliser une couleur différente )
H.
Conclure
IV-1) Le foyer image
F’
La situation observée précédemment met en évidence le point foyer image F’
I.
J.
♥ Donner une définition du point foyer image F’
Relier la position du foyer-image F’ à la forme de la lentille
IV- 2) La distance focale
f’
♥
La distance focale f’ est la mesure algébrique ( notée OF ' ) de la distance entre le
centre optique O et le foyer-image et F’
OF ' correspond à la mesure algébrique de OF’ ( voir point math à la fin du tp)
OF ' est positive puisque l’orientation positive de l’axe est celui du sens de déplacement
du rayon lumineux, soit de gauche à droite
K.
Mesurer OF ' en cm puis l’exprimer en m
'
Pour la lentille L1 :
OF 1 =
Pour la lentille L2
OF 2 =
'
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♥
La distance focale varie suivant la lentille et on définit pour caractériser une lentille
sa vergence C : c’est l’inverse de la distance focale. Elle s’exprime en dioptrie ()
C

L.
1
OF '
m
Calculer C1 et C2 interpréter qualitativement les deux valeurs
C1=
C2=
M. A l’aide de l’illustration ci-dessous : « Tintin et le temple
du soleil », déduire la distance entre la loupe et la pipe
pour que celle-ci s’allume.
V) Foyer objet d’une lentille convergente :
Un seul rayon lumineux est nécessaire.
♥
Le point foyer-objet F est symétrique du foyer-image F’ par rapport au centre
optique O
Pour la lentille la plus mince, sur une nouvelle feuille de papier A4 :

placer l’axe optique et le centre-optique O, ainsi que le foyer-image F’ et le foyerobjet F .
 Pour 3 rayons lumineux passant par le foyer-objet F, observer et tracer les rayons
incidents et émergents.
N.
♥ conclure
VI) Synthèse des résultats ( à faire à la maison si vous manquez de temps ):
Vous venez de voir que certains rayons lumineux ont un trajet particulier à travers une
lentille convergente.
O.
Faire un schéma reprenant vos observations pour chaque type de rayons
correspondants
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VII) Comment observer une image avec une lentille ?
♥ Quand on peut matérialiser une image sur un écran, on dit que l’image est réelle.
Donner des exemples d’appareils optiques donnant des images réelles
P.
♥ Quand une image peut être observée, mais pas matérialisée sur un écran, on dit que
l’image est virtuelle.
Q. Donner des exemples d’appareils optiques donnant des images virtuelles

Observer et schématiser l’expérience au bureau : recherche de l’image nette d’une
bougie sur un écran
Pour une distance bougie-écran fixe, est-il toujours possible d’obtenir une
image nette de la bougie quelle soit sa position par rapport à la lentille ? De
quelle grandeur cette distance vous paraît-elle dépendre ?
R.
 Pour terminer :
Nous venons de constater que pour obtenir une image réelle nette, les positions de l’objet ou de
l’écran par rapport à la lentille interviennent.
Le prochain TP permettra de prévoir les caractéristiques de l’image donnée par une lentille
convergente (position de l’image par rapport à la lentille, taille de l’image)
Point-math sur la mesure algébrique
 AB est la mesure algébrique du segment AB :
 La mesure algébrique AB d’un segment [AB]
peut être positive ou négative suivant le sens du
vecteur unitaire i qui oriente la droite D :
-
AB est positive si les points A et B sont
dans l’ordre de l’orientation de la droite D et négative dans le cas contraire
 Exemple : AB   2,5 cm donne 2 informations :
-
La longueur du segment [AB] est égale à 2,5 cm
-
B est situé à gauche de A ( à 2,5 cm ) sur la droite D orientée par le vecteur i