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Lycée Hoche – BCSPT1A – A. Guillerand
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TP P2 : Optique géométrique – Visualisation d’images à travers un système optique
I.
Observations directes à travers une lentille
Ces observations sont à retenir pour identifier rapidement une lentille convergente ou
divergente.
1.
Observation à travers une lentille convergente
a. Objet réel situé entre le foyer principal objet et le centre optique
Prendre à la main une lentille convergente de distance focale
, la placer
très proche d’un texte écrit sur une feuille posée sur la table. Observer à travers la
lentille sans coller votre œil pour autant !
Observation : on observe le texte toujours dernière la loupe mais plus gros : l’image
est virtuelle, agrandie et droite. La lentille se comporte en loupe, comme le montre la
construction suivante.
2. Observation à travers une lentille divergente
a. Objet réel (quelque soit sa position)
Prendre à la main une lentille divergente de vergence
, la placer devant d’un
texte écrit sur une feuille posée sur la table. Observer à travers la lentille sans coller
votre œil pour autant !
Observation : on observe le texte toujours dernière la loupe mais plus petit : l’image
est virtuelle, rétrécie et droit, comme le montre la construction suivante.
b. Objet réel situé avant le foyer principal objet
Éloigner progressivement la lentille de la feuille.
Observation : l’image s’inverse et passe devant la lentille : l’image est réelle et
renversée, comme le montre la construction suivante.
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II. Observations à travers une lentille à l’aide d’un banc optique
Sur le banc optique l’objet sera modélisé par une lettre que l’on éclairera
(correctement) à l’aide de la source de lumière.
1. Observation à travers une lentille convergente
a. Observation de l’image par diffusion sur un écran
Placer une lentille convergente de distance focale
banc optique pour une distance
.
après l’objet sur le
D’après la construction optique suivante, l’image est réelle : elle peut donc être
visualisée sur un écran.
b. Observation de l’image à l’œil nu
Retirer l’écran et regarder à travers lentille en vous plaçant à l’extrémité du banc
optique. On observe l’image qui flotte devant la lentille.
Se rapprocher de la lentille progressivement tout en fixant toujours l’image. En se
rapprochant de la lentille, on se rapproche de l’image et donc l’œil doit accommoder
pour visualiser nettement l’image. On ressent une sensation de tiraillement jusqu’à
devoir loucher. Continuer de se rapprocher de la lentille. Si on se rapproche de trop
l’œil se situe avant l’image et donc les rayons lumineux qui parviennent aux yeux ne se
sont pas encore croisés : le cerveau ne peut pas extrapoler le point de croisement car il
aurait eu lieu derrière les yeux. Il devient donc impossible de visualiser l’image.
A l’aide de l’écran chercher la position de l’image en cherchant la position pour
laquelle on obtient une image nette sur l’écran.
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2. Observation à travers une lentille divergente
Placer une lentille divergente de vergence
pour une distance
.
après l’objet sur le banc optique
D’après la construction optique suivante, l’image est virtuelle : elle ne peut donc pas
être visualisée sur un écran.
3. Que se passe-t-il si on cache la moitié de la lentille ?
Reprendre la situation du paragraphe II.1.a. (visualisation sur l’écran de l’image réelle
obtenue grâce à la lentille convergente). Cacher la moitié de la lentille. Qu’observe-ton ?
Observation : de manière intuitive on pense souvent qu’en cachant la moitié de la
lentille, on obtiendra la moitié de l’image sur l’écran. Mais ce n’est pas du tout ce que
l’on observe : on obtient bien une image complète mais moins intense.
En effet, la définition d’un point image est l’intersection des rayons émergents. Ainsi à
partir du moment où il y a au moins deux rayons incidents qui proviennent d’un point
objet, il y aura au moins deux rayons émergents à la sortie de la lentille et donc le point
image pourra être défini. En cachant la moitié de la lentille on ne cache que la moitié
du faisceau lumineux provenant de l’objet, il reste donc l’autre moitié qui contient
toujours une infinité de rayons.
Faisceau lumineux provenant de
entrant dans la lentille
Regarder à travers lentille en vous plaçant à l’extrémité du banc optique. On observe
l’image de l’objet, derrière la lentille, plus petite.
Si l’on se rapproche de la lentille, cela ne pose aucun problème, l’image est toujours
visible : le cerveau extrapole toujours le point de croisement des rayons émergents
derrière la lentille.
Demi-faisceau lumineux provenant de entrant dans la
partie haute de la lentille
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Expérience du bouquet renversée (avant de partir)
A la fin de la séance venez observer cette expérience classique présente au palais de la
découverte. Voici le schéma modélisant l’expérience. On obtient, à l’aide d’un miroir
sphérique, une image réelle renversée d’un objet réel.
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