T.P-cours de Physique n°1 : 1-Rappels sur les lentilles

TS Spécialité-Optique 1-formation d’une image
T.P-cours de Physique n°1 :
UNE LENTILLE MINCE C
Il faudra être capable de :
Positionner sur l’axe optique le centre optique et les foyers
Connaître la définition de la distance focale, de la vergence et leurs unités
Connaître et savoir appliquer les relations de conjugaison et de grandissement sous forme algébrique
Construire l’image d’un objet plan perpendiculaire à l’axe optique
 Con
struire l’image d’un objet situé à l’infini
Déterminer à partir d’une construction à l’échelle, les
Retrouver par construction les caractéristiques d’un objet connaissant son image
 Construire la march
e d’un faisceau lumineux issu d’un point source à distance finie ou infinie
Réaliser un montage d’optique à partir d’un schéma
Régler un montage d’optique de façon à observer une image sur un écran
Utiliser un montage d’optique pour réaliser des mesu
d’une lentille.
Déterminer la distance focale d’une lentille convergente
1-R
appels sur les lentilles convergentes
Une lentille est un milieu transparent limité par deux surfaces
dont l’une au
moins n’est pas plane, le plus souvent il s’agit de
dioptre sphériques .
Les lentilles a) sont ..............................................., les lentilles b)
sont .................................................................
Une lentille est
mince si son épaisseur est petite par rapport au
rayons de courbure
Le centre de la lentille est
appelé centre optique O
L’axe de symétrie qui passe par
le centre optique est appelé
l’axe
optique de la lentille .
Compléter la marche des rayons lumine
Tout rayon incident passant par le
Tout rayon incident
parallèle à l'axe optique
Tout rayon incident pas
sant par
le foyer image F’
est le symétrique de F par rapport à O
Le plan perpendiculaire à l’axe optique passant par le foyer objet est appelé
passant par le foyer image est appelé
Dans les constructions
graphique
dans le sens de la propagation de la lumière.
La distance algébrique
notée f’ telle q
Elle se mesure en mètre, m.
I MAGE FORMEE PAR
UNE LENTILLE MINCE C
ONVERGENTE
Positionner sur l’axe optique le centre optique et les foyers
;
Connaître la définition de la distance focale, de la vergence et leurs unités
;
Connaître et savoir appliquer les relations de conjugaison et de grandissement sous forme algébrique
Construire l’image d’un objet plan perpendiculaire à l’axe optique
;
struire l’image d’un objet situé à l’infini
;
Déterminer à partir d’une construction à l’échelle, les
caractéristiques (
taille et position) d’une image
Retrouver par construction les caractéristiques d’un objet connaissant son image
e d’un faisceau lumineux issu d’un point source à distance finie ou infinie
Réaliser un montage d’optique à partir d’un schéma
;
Régler un montage d’optique de façon à observer une image sur un écran
;
Utiliser un montage d’optique pour réaliser des mesu
res et les exploiter
pour déterminer la distance focale
Déterminer la distance focale d’une lentille convergente
appels sur les lentilles convergentes
:
Une lentille est un milieu transparent limité par deux surfaces
moins n’est pas plane, le plus souvent il s’agit de
Les lentilles a) sont ..............................................., les lentilles b)
sont .................................................................
mince si son épaisseur est petite par rapport au
x
L’axe de symétrie qui passe par
l’axe
Compléter la marche des rayons lumine
ux dans les trois expériences suivantes
Tout rayon incident passant par le
centre optique O n'est pas dévié
parallèle à l'axe optique
émerge en passant par le
foyer image
sant par
le foyer objet F
donne un rayon émergent parallèle à l'axe optique
est le symétrique de F par rapport à O
Le plan perpendiculaire à l’axe optique passant par le foyer objet est appelé
plan focal objet
passant par le foyer image est appelé
plan focal image.
graphique
s
, on oriente l’axe optique principal, choisi comme axe des abscisses,
dans le sens de la propagation de la lumière.
notée f’ telle q
ue f’ = OFOF −=' est appelée
distance focale
F’
O
Connaître et savoir appliquer les relations de conjugaison et de grandissement sous forme algébrique
;
taille et position) d’une image
;
;
e d’un faisceau lumineux issu d’un point source à distance finie ou infinie
;
pour déterminer la distance focale
ux dans les trois expériences suivantes
:
foyer image
F’
donne un rayon émergent parallèle à l'axe optique
plan focal objet
et celui
, on oriente l’axe optique principal, choisi comme axe des abscisses,
distance focale
de la lentille.
Partie A :
Produire des
images et
observer
F

TS Spécialité-Optique 1-formation d’une image
Pour caractériser une lentille, on utilise également la notion de vergence, notée C, est telle que
'
1
f
C=
La vergence se mesure en dioptrie noté δ
δδ
δ.
Quel est le signe de la vergence d’une lentille convergente ?
Calculer la vergence d’une lentille convergente de distance focale f’=200 mm.
Calculer la distance focale d’une lentille convergente de vergence 8δ
δδ
δ.
LES CONDITIONS DE GAUSS :
Une lentille convergente fournit des images nettes (à chaque point objet correspond un point image et
non une tache – image floue) si deux conditions sont satisfaites (conditions de Gauss) :
• Les rayons sont peu écartés de l’axe optique, pour cela on utilise un diaphragme.
• Les rayons sont peu inclinés de l’axe optique.
(voir doc 3 p 14)
2- Constructions et visualisation de l’image donnée par une lentille convergente:
A
B
F
F'
O
Objet placé en avant de F
A
B
F
F'
O
Objet dans le plan focal objet
Sens
de propagation de la lumière

TS Spécialité-Optique 1-formation d’une image
Lorsque l’objet est dans le plan focal l’image est........................................................................
C’est le cas des Loupes : L’image est ....................................................................
L’image d’un objet à l’infini se situe.......................................................................................................................
On se sert de cette manipulation pour déterminer la distance focale d’une lentille
3-Les relations de conjugaison et de grandissement :
Convention de signe :
Dans l’exemple ci-dessus :
OA
………0 et '
OA
…………0
Et :
AB
………0 et '
'BA
………0.
A
B
F
F'
O
Objet situé entre F et O
F'
O
Point o
bjet situé à l’infini et O
B’
+
+
A
B
A’
O
Sens de propagation de la lumière
A
∝
∝∝
∝
B
∝
∝∝
∝

TS Spécialité-Optique 1-formation d’une image
Les formules de conjugaison sont :
Celle donnant la position de l’image en fonction de celle de l’objet :
'
11
'
1
OF
OA
OA
+=
ou
'
11
'
1
OF
OA
OA
=−
Celle donnant la dimension de l’image par rapport à celle de l’objet : le grandissement γ.
OA
OA
AB
BA ' '' ==
γ
ATTENTION AUX SIGNES (ce sont des grandeurs algébriques) ET AUX UNITES !!!
4- Vérification expérimentale des formules de conjugaison
a) Dispositif
On dispose d’un banc d’optique gradué sur lequel peuvent glisser les différents appareils, composés d’une
lanterne éclairant une plaque dans laquelle est découpé un objet ( lettre F ) noté AB, d’un support pour la
lentille étudiée, d’un support pour un écran, d’une lentille (L) mince convergente marquée « + 10 δ
δδ
δ », et d’un
écran millimétré.
quelles distances objet- lentille faut-il choisir pour obtenir une image sur l’écran placé après la lentille?
b) Mesures
Placer l’objet AB à la graduation 20 cm du banc. (s'aider de l'équerre).
Placer la lentille dans une position correcte et déplacer l’écran pour obtenir une image A’B’ nette.
Réaliser les mesures nécessaires et compléter la ligne 1 du tableau ci-dessous .
Expérience
OA 'OA
AB
'
'
B
A
OA
OA
1
'
1−
C =
'
1
OF
AB
BA ''
OA
OA'
1
2
Les formules de conjugaison :
'
11
'
1
OF
OA
OA
=− et γ =
OA
A
AB
BA '0'' =
sont t’elles vérifiées ?
Renouveler ces mesures pour une autre position de la lentille et compléter la ligne 2 du tableau ci-
dessus
Où faut-il la lentille pour obtenir une image à l'infini ?
Disposer la lentille assez près de l'objet. Peut-on trouver une position de l'écran pour laquelle il est
possible d'observer une image sur celui-ci ? Expliquer.

TS Spécialité-Optique 1-formation d’une image
SPECIALITE PHYSIQUE
Produire des images, observer
Exercice : les lentilles
Une lentille convergente donne d'un objet AB de hauteur 5 cm perpendiculaire à l'axe, avec A sur
l'axe, une image A'B' renversée de hauteur 1 cm et située à 1,2 m de l'objet.
1- Déterminer graphiquement la position du centre O de la lentille et sa distance focale.
Echelle : verticale : 1 cm ↔1 cm horizontale : 1 cm ↔ 10 cm
Nous allons déterminer par le calcul la distance focale de la lentille
2- Quelle est la valeur du grandissement γ ? L’exprimer en fonction de
OA
et
OA
'
3- Quelle est sa valeur de
AA
'
? L’exprimer en fonction de
OA
et
OA
'
4- En déduire
OA
et
OA
'
5- En déduire la distance focale f’ de la lentille
SPECIALITE PHYSIQUE
Produire des images, observer
Exercice : les lentilles
Une lentille convergente donne d'un objet AB de hauteur 5 cm perpendiculaire à l'axe, avec A sur
l'axe, une image A'B' renversée de hauteur 1 cm et située à 1,2 m de l'objet.
1- Déterminer graphiquement la position du centre O de la lentille et sa distance focale.
Echelle : verticale : 1 cm ↔1 cm horizontale : 1 cm ↔ 10 cm
Nous allons déterminer par le calcul la distance focale de la lentille
2- Quelle est la valeur du grandissement γ ? L’exprimer en fonction de
OA
et
OA
'
3- Quelle est sa valeur de
AA
'
? L’exprimer en fonction de
OA
et
OA
'
4- En déduire
OA
et
OA
'
5- En déduire la distance focale f’ de la lentille