1L/ES Représentation visuelle Activité.2 : Formation des images par

1L/ES Représentation visuelle
Activité.2 : Formation des images par une lentille
1. Vision d’un objet :
Un objet ne peut être vu que s’il émet de la lumière et que celle-ci pénètre dans l’œil de l’observateur.
Dans les milieux transparents et homogènes, la lumière se propage en ligne droite. (Voir Activité 1)
Exemple :
L’air et l’eau sont des milieux transparents.
2. Les deux types de lentilles : Comment les différencier ?
a) Lentille convergente :
Les lentilles convergentes font converger vers l’axe optique un faisceau incident de lumière parallèle.
Elles sont bombées (convexes ou à bord minces). Si de telles lentilles sont placées à quelques centimètres
d’un texte, elles le grossissent : une loupe est une lentille convergente (Voir Activité 1)
Symbole d’une lentille convergente :
b) Lentille divergente :
Les lentilles divergentes font diverger de l’axe optique un faisceau incident de lumière parallèle.
Elles sont creusées (concaves ou à bords épais). Si de telles lentilles sont placées à quelques centimètres
d’un texte, elles le rétrécissent. (Voir Activité 1)
Symbole d’une lentille divergente :
3. Caractéristiques d’une lentille convergente : Voir figure ci- contre
Une lentille L convergente est caractérisée par :
 Son centre optique O
 Son axe optique ()
 Son foyer objet F
 Son foyer image F’
F et F’ sont symétriques par rapport au centre optique O, c’est-à-dire que : OF = OF’
Une lentille est caractérisée par sa distance focale f = OF’ ou par sa vergence C.
Ces deux grandeurs sont liées par la relation suivante :
C =
Error!
La vergence C s’exprime en dioptrie dont le symbole est .
La distance focale f s’exprime en mètre (m)
1/5
Axe optique
°
()
F
O
°
F’
L
Axe optique

La vergence C d’une lentille convergente est positive.
La vergence C d’une lentille divergente est négative.
Plus la distance focale f d’une lentille est faible, plus celle-ci est convergente.
Le plan perpendiculaire à l’axe optique passant par le foyer image F’ est appelée plan focale image.
4. Obtention d’une image nette d’un objet par une lentille convergente.
L’image d’un objet AB par une lentille convergente est obtenue en traçant les images A’ et B’ des points A et B
à travers la lentille.
La position et la taille de l’image A’B’ dépendent de la position de l’objet AB par rapport à la lentille.
Des rayons caractéristiques permettent d’obtenir cette image A’B’ :
 Tout rayon incident parallèle à l’axe optique émerge de la lentille en passant par le foyer image F’.
 Tout rayon passant par le centre optique O de la lentille n’est pas dévié.
Remarque :
Des rayons incidents parallèles entre eux proviennent d’un objet situé à l’infini.
Exemple :
L’image A’B’ de l’objet AB est renversée et plus petite car la distance OA est supérieure à la distance focale OF’.
Objectifs principaux du chapitre : voir exercices d’application
 Reconnaître une lentille convergente d’une lentille divergente par une méthode au choix
 Utiliser la relation de la vergence, et connaître la signification de son signe
 Savoir qu’à tout point d’un objet correspond un point image obtenu par la lentille
 Tracer l’image d’un objet plan par une lentille convergente
 Lire sur un schéma la position, la taille et le sens d’une image.
2/5
A’
B’
°
°
F
F’
O
A
B

1L/ES : Représentation visuelle
Exercices d’application : formation des images par une lentille
I. Reconnaître le type de lentille
Exercice 1 : Critères de distinction
On dispose de plusieurs lentilles que l’on souhaite classer. Certaines sont plus ou moins bombées, d’autres ont leurs
bords plus larges que le centre. Elles portent toutes une inscription +2+8-4ou-8Certaines sont plus lourdes
que d’autres.
a. Que représentent les indications +2+8-4ou-8figurant sur ces lentilles ?
b. Que signifient les signes + et - ?
c. Quels sont les critères cités dans le texte qui permettent de différencier les lentilles convergentes des lentilles divergentes ?
d. Calculer les distances focales f des lentilles de vergence +2et+8
e. Laquelle est la plus convergente ? Quel est son aspect ?
Exercice 2 : Etude d’un verre de lunettes
On veut déterminer si un verre de lunettes est convergent ou divergent. Mais la monture empêche de reconnaître
la forme du verre. On place alors ce verre à quelques centimètres d’un texte qui apparaît plus petit.
Un opticien indique que la distance focale de ce verre est de 20 cm.
a. A quel type de lentille correspond ce verre ?
b. Quelle est sa forme ?
c. Calculer sa vergence C ?
Exercice 3 : Le Soleil et la loupe
On concentre les rayons du soleil sur un écran à l’aide d’une loupe. Le faisceau de lumière se concentre en un point M
situé à 10 cm de la loupe.
a. Pourquoi les rayons du Soleil sont-ils considérés comme parallèles entre eux ?
b. La loupe est-elle une lentille convergente ou divergente ?
c. Représenter cette expérience par un schéma optique.
d. De quel point objet, le point M est-il l’image ?
e. Que représente le point M pour la loupe ? En déduire sa distance focale f.
f. Calculer la vergence C de la loupe.
II. Construire et interpréter l’image d’un objet plan par une lentille convergente
Exercice 1 : Caractéristiques de l’image d’un objet
On considère une lentille convergente de distance focale f = 20 cm, et de centre optique O.
On cherche la position de l’image A’B’ d’un objet en fonction de la distance AO, entre l’objet et la lentille.
L’objet AB a une hauteur de 1 cm.
Dans une première expérience, on place l’objet AB à une distance AO = 70 cm de la lentille.
a. Représenter ci-dessous, à l’échelle horizontale 1/10 et à l’échelle verticale 1/1, le montage optique qui correspond à cette
expérience, en positionnant la lentille, son centre optique O, l’objet AB et le foyer image F’ en tenant compte des
deux échelles.
b. Construire sur le schéma ci-dessus l’image A’B’ de l’objet AB, en faisant apparaître les rayons lumineux.
c. L’image A’B’ obtenue est-elle droite ou inversée ? agrandie ou rétrécie ?
d. Quelle est sa taille ?
3/5

Exercice 2 : Image d’un objet en fonction de la distance objet-lentille
Reprendre l’exercice précédent avec les distances objets-lentille AO suivantes :
AO = 30 cm AO = 40 cm et AO = 20 cm
On gardera l’échelle 1/1 en verticale mais en prendra l’échelle 1/20 en horizontal.
Peut-on construire l’image dans le cas où OA = 20 cm ?
Exercice 3 : Fonctionnement de l’appareil photo (objet à l’infini)
Le schéma ci-dessous modélise le fonctionnement d’un appareil photo :
 L’objectif de distance focale 50 mm est modélisé par une seule lentille.
 Le diaphragme limite l’intensité du faisceau lumineux entrant dans l’appareil.
 L’image A’B’ de l’objet AB à photographier doit se former sur la pellicule pour être nette.
a. Par quel type de lentille l’objectif est-il représenté ?
b. L’image de l’objet AB est-elle droite ou renversée ? Placer les points images A’ et B’ sur le schéma.
c. Quelle est la distance entre la lentille et la pellicule quand les rayons issus de l’objet arrivent parallèles entre eux sur la
lentille (objet à l’infini) ?
4/5
Diaphragme
O
Pellicule
Objet
A
B

Exercice 4 : Fonctionnement de l’appareil photo (la mise au point)
Avec le même appareil photo que l’exercice précédent, on photographie un objet AB de 2 cm de hauteur situé à
160 mm de la lentille. La pellicule est toujours à 5 cm de l’objectif, dans le plan focal image de la lentille.
Cette fois-ci, il faut faire la mise au point car l’objet n’est plus à l’infini.
a. Tracer ci-dessous, à l’échelle 1/2, un schéma simplifié du dispositif en représentant l’objet, la lentille et
la pellicule.
b. Construire sur le schéma précédent l’image A’B’ de l’objet AB. Cette image sur la pellicule est-elle nette ?
c. A quelle distance de la pellicule se forme l’image A’B’ ? Tenir compte de l’échelle.
d. De quelle distance faut-il déplacer la lentille pour que l’image nette de l’objet se forme sur la pellicule ?
Comment s’appelle cette opération ?
e. Représenter, sur le schéma ci-dessous toujours à l’échelle 1/2, la lentille décalée et montrer que l’image de
l’objet se forme bien sur la pellicule.
5/5