Partie I Chapitre I Formation d`une image
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Chapitre P1 : Formation d’une image I) Image formée par une lentille mince convergente I.3. Un instrument d’optique utilisant une association de lentilles minces : le microscope Objectifs : modéliser un microscope ; comprendre son fonctionnement. I) LE MICROSCOPE REEL Le microscope est un instrument permettant d’observer de petits objets proches de l’observateur mais usuellement indiscernables à l’œil nu. Un microscope comprend trois systèmes optiques : le miroir sphérique concave (……), ou condenseur, qui permet d'éclairer l'objet observé. l'objectif (……) qui est un système optique constitué d’une lentille convergente (ou de plusieurs lentilles assimilables à une unique lentille convergente) de très courte distance focale (de l'ordre du ………………….…). Le grandissement γob est gravé sur l'objectif (par exemple x10 ; x5 …). Il y a plusieurs objectifs, correspondant à plusieurs grandissement, montés sur une tourelle. l'oculaire (……) qui est un système optique constitué d’une lentille convergente (ou de plusieurs lentilles assimilables à une unique lentille convergente) de distance focale de l'ordre du ………………………….….. Le grossissement Goc est gravé sur l'oculaire (par exemple x100 ; x600 …). Un microscope peut avoir plusieurs oculaires interchangeables. L'observateur place son oeil devant l'oculaire et met l'objet devant l'objectif. L'objectif et l'oculaire sont placés aux deux extrémités du tube optique (………) : leur distance est constante. La mise au point consiste à déplacer le bloc [objectif – tube – oculaire] à l'aide des boutons de réglage grossier puis de réglage fin. Lors de la mise au point, la distance objectif – oculaire ne change donc pas. Pour un microscope utilisé en biologie sa valeur normalisée est comprise entre 15 et 18 cm. Le but de la mise au point est d’obtenir une image nette pour un œil emmétrope (œil sain) c’est-à-dire une image définitive à l’infini : les rayons doivent sortir du microscope en étant parallèles entre eux, comme s’ils provenaient de très loin, ce qui permet un relâchement des muscles contrôlant le cristallin. II) MODELISATION D’UN MICROSCOPE II.1. Construire le microscope II.1.a. Principe Un microscope peut être modélisé par un ensemble de deux lentilles minces convergentes. - L’objectif (L1) : système convergent de très courte distance focale f’1, placé près de l’objet AB. - L’oculaire (L2) : système convergent de distance focale f’2, placé devant l’œil. Ces deux lentilles ont le même axe optique et sont fixes l’une par rapport à l’autre. La distance ∆ entre le foyer image F’1 de l’objectif et le foyer objet F2 de l’oculaire, ∆ = F’1F2, est constante et est appelée intervalle optique. La mise au point consiste à déplacer l’ensemble objectif – oculaire par rapport à l’objet de façon à obtenir une image finale vue à l’infini. II.1.b. Manipulations L’objet est une flèche AB tracée au centre d’une feuille de papier calque millimétré. L’objectif est constitué d’une lentille L1 de +20,0 δ et d’un diaphragme. L’oculaire est constitué d’une lentille L2 de +5,0 δ. Placer la source de lumière à la graduation « 0 » du banc optique. Diaphragmer l’objectif (L1) et le placer à 20 cm de la source de lumière. Placer l’oculaire (L2) après l’objectif et relier les supports de L1 et L2 à l’aide de la barrette métallique de façon à fixer la distance O1O2. II.1.c. Mesures Mesurer la distance objectif – oculaire : O1O 2 : …………………………………… Calculer la valeur de l'intervalle optique ∆ du microscope réalisé : …………………………………………………………………………………………………… Sur une feuille de papier millimétrée (orientation paysage) représenter le microscope à l’échelle 1/1 verticalement et 1/5 horizontalement. Ce schéma sera progressivement complété au cours des séances. Pourquoi diaphragme-t-on l’objectif ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… II.2. Étudier la formation des images successives L’objectif donne de l’objet AB une image appelée image intermédiaire et notée A1B1. Cette image intermédiaire sert d’objet pour l’oculaire qui en donne une image définitive notée A’B’. Objectif (L1) Oculaire(L2) AB --------------> A1B1 -------------> A’B’ Pour une observation sans fatigue (l’œil sain n’accommode pas) l’image finale (ou image définitive) A’B’ donnée par le microscope doit se former à l’infini. Où doit se former l’image intermédiaire A1B1 pour que l’image définitive A’B’ soit rejetée à l’infini ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Positionner l’objet entre la source de lumière et l’objectif (L1) de façon à ce que f’1 < O1A < 2f’1 Placer un écran en F2 (foyer objet de l’oculaire) et déplacer l’objet de façon à obtenir une image nette sur l’écran, tout en gardant f’1 < O1A < 2f’1 Noter la hauteur AB de l'objet : ……………………………… Mesurer et noter la valeur algébrique de la distance O1A : ………………………………………… Mesurer et noter la taille de l’image intermédiaire A1B1 : ………………………………………… À l’aide du schéma à l’échelle (et en utilisant la valeur de A1B1 mesurée), déterminer graphiquement la position de l’objet AB pour que l’image intermédiaire A1B1 se forme dans le plan focal objet de l’oculaire (plan contenant F2 et perpendiculaire à l’axe optique) Résultat obtenu par la méthode graphique : ……………………………………………… Utiliser la formule de conjugaison et la notion de grandissement pour calculer les valeurs théoriques de O1A et A1B1 . ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Compléter le schéma en traçant l’image définitive A’B’. L’image intermédiaire A1B1 est-elle droite ou renversée par rapport à l’objet AB ? agrandie ou réduite par rapport à l’objet AB ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… L’image définitive A’B’ est-elle droite ou renversée par rapport à l’objet AB ? agrandie ou réduite par rapport à l’objet AB ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
