TPCRS OG2 lentilles miroir instruments

TPCOURS OG2 LENTILLES , MIROIRS ET INSTRUMENTS
I- RECONNAISSANCE RAPIDE
1- Forme:
Miroirs: on observe la courbure :
Lentilles épaisseurs au bord et au centre:
Concave:
convexe:
convergente:
divergente:
2- Optique:
a-Miroirs:
-Observation d'un objet proche (votre œil):
Concave:
B
S
A
F
B
Convexe:
S
A
b-Lentille:
- Observation d'un objet proche (le texte du TP):
convergente :
F
C
B
A
F
O
F’
divergente:
B
A
F’
-Déplacement latéral:
Observer un objet proche et déplacer latéralement la lentille.
Sens de déplacement de l’image pour la lentille :
convergente:
divergente:
O
F
-Evaluation de la distance focale
• Lentille convergente et d'un miroir concave:
Observer le point de convergence d'une source éloignée de quelques mètres et évaluer la distance focale.
• Lentille divergente et d'un miroir convexe:
On peut en accolant des lentilles convergentes connues chercher à neutraliser la lentille divergente ou le miroir
concave. C'est la méthode d'évaluation la plus rapide et elle a une bonne précision.
II- MONTAGES CLASSIQUES.
1- Montage « 4F » :
On utilise une lentille convergente Lc de distance focale f' =20 cm. Pour un objet situé à 2f’, chercher l'image sur
B
l'écran.
Caractéristiques de l'image:
A
F
O
F’
L'image est plus grande lorsque l'objet est
2- Image virtuelle:
On utilise une lentille divergente Ld de distance focale f' =-10 cm.
Chercher l'image sur l'écran puis à l'œil ,attention à la luminosité.
Caractéristiques de l'image:
Faire les mêmes observations pour Lc avec un objet réel entre le foyer objet et le centre optique. ( construction faite
au I-2-b)
Caractéristiques de l'image:
1
TPCOURS OG2 LENTILLES , MIROIRS ET INSTRUMENTS
3- Objet virtuel
Pour créer un objet virtuel, on utilise l'image par une lentille convergente
annexe La de focale f'a=10 cm de la source qui sera l'objet de la lentille Ld
source
ou Lc. On utilise le montage « 4f’ » pour La.
Chercher l'image sur l'écran et donner les caractéristiques de l'image:
Pour la lentille convergente :
Pour la lentille divergente :
Ld ou c
La
F’
Objet pour
Ld ou c
4-Auto collimation
Méthode : On place un miroir plan derrière la lentille convergente La et on règle sa position pour
superposer l'objet et l'image (l’écran ou une feuille est placée dans le plan de l’objet et on désaxe F
légèrement l’ensemble lentille-miroir)
La distance objet – Lentille est la distance focale image (cf construction).C’est la méthode de focomètrie la plus
simple.
Image et objet à l’infini : Si on enlève le miroir plan, l’image par La est à l’infini. L’observer.
Cette image peut devenir l’objet d’une autre lentille (Lc ou Ld)
Vérifier la position de l’image d’un objet à l’infini :
Pour la lentille convergente :
Pour la lentille divergente :
NB : l’auto collimation est utilisé pour régler la lunette de visée du spectro-goniometre.
Miroir: L’ensemble lentille - miroir plan est un miroir concave.
-Le vérifier rapidement.
- où sont C et S, le centre et le sommet de ce miroir ?
Quelle méthode de focomètrie peut-on envisagée ? la mettre en œuvre.
C
S
F
III- INSTRUMENTS DU BANC D’OPTIQUE
1- Viseur ou lunette de visée
L'objectif est une lentille convergente.
L'oculaire est positif, on peut le modélisé par une lentille convergente.
Le réticule est un verre sur lequel est gravé une croix ou des graduations.
Lorsque l'on réalise une visée. il faut voir net l'image et le Réticule.
Il faut donc d'abord régler l'oculaire à sa vue.
Objectif
Réticule
Oculaire
Réglage à l'infini: Généralement les viseurs sont réglés pour visée à l’infini ( sinon il faut régler le tirage de
l’objectif.
-Vérifier que la visée est à l’infini en visant un objet éloigné dans la salle.
-On peut aussi utilisée la méthode du II-4 pour créer sur le banc un objet à l’infini.
Attention: viser c’est voir net le réticule et l’image.
Visée à distance fini: On ajoute sur l'objectif une lentille convergente appelée bonnette.
Le plan de visé est
bonnette
Plan de
visé
Viser la source et vérifier la cohérence.
Comme le plan de visée est à l'avant de l'objectif, on peut Pointer des images virtuelles.
Pointer les images obtenues au II-2 et vérifier leurs caractéristiques.
2
TPCOURS OG2 LENTILLES , MIROIRS ET INSTRUMENTS
2- Collimateur
En réglant le tirage on peut former une image à l'infini.
On utilise le viseur réglé à l'infini (sans bonnette).
Lampe
Réticule
On obtient ainsi un objet à l'infini.
Objectif
Placer une lentille convergente sur le banc( puis divergente) et vérifier que l'image est dans le plan focal image.
IV-ABERRATIONS
Altération de la qualité de l'image due à l'imperfection de l'instrument. Les trois principales aberrations sont :
1- L'aberration chromatique
Les radiations des diverses couleurs de la lumière ayant des longueurs d'onde différentes, l'image donnée par une
lentille est une petite plage irisée s'étalant le long de l'axe optique car l'indice du verre varie avec la couleur.
Une lentille convergente est plus convergente pour le bleu.
De même une lentille divergente est plus divergente pour le bleu.
B
On compense cette aberration en constituant un doublet, association d'une lentille
convergente et d'une lentille divergente faites de verres différents (Crown et Flint).
Les miroirs n'ont pas d'aberration chromatique.
R
B
R
2- L'aberration de sphéricité
Dés que le faisceau a une grande ouverture, il apparaît ces aberrations :
Aberration transversale et longitudinale:
Les rayons d'un faisceau parallèle réfléchis pas un miroir sphérique ne convergent pas en un point mais donnent une
image un peu floue.
Un miroir sphérique est davantage convergent
Les miroirs paraboliques n'ont
pour les rayons marginaux que pour les rayons
pas cette aberration : tous les
paraxiaux.
rayons réfléchis convergent
au foyer
De la même façon, une lentille sphérique est davantage
convergente ou divergente pour les rayons marginaux que pour
les rayons centraux.
Ainsi les rayons lumineux ne forment pas un cône , il sont tangent à une la
surface caustique.
NB: Le choix des rayons de courbures des faces d'entrée et de sortie d'une lentille en fonction de l'indice du verre
permet de minimiser ces aberrations.
Exemples d'aberration minimum: lentille plan convexe pour n=1.686( flint lourd) et
lentille convexe (R2=-6R1) pour n=1.5 (crown léger )
Comme pour l'aberration chromatique, on peut corriger complètement ces aberrations ( par association de plusieurs
lentilles) , mais seulement pour certaines conditions d'utilisation.
La coma: Si le faisceau lumineux est incliné par rapport à l'axe, il apparaît une nouvelle aberration de sphéricité.
L'image d'un point source est une tache lumineuse qui n'est pas circulaire, mais allongée. Elle a l'aspect d'une
comète.
On corrige cette aberration en plaçant correctement un diaphragme d'ouverture.
Distorsion: le grandissement linéaire peut varier avec la taille de l'objet.
En coussinet si γ croissant
En barillet si γ décroissant
Astigmatisme et courbure de champ: l'image d'un point de l'objet présente une extension qui entraîne une image
floue et courbée.
Conclusion: Il est impossible de corriger simultanément toutes les aberrations. Pour obtenir une image finale
correcte, il suffit d'avoir des aberrations dont l'effet est inférieur au pouvoir de résolution du détecteur final (œil,
photo, CCD). Les instruments "diaphragment" la lumière. Il faut donc tenir compte de la diffraction.
Les aberrations sont bien corrigés, c'est la diffraction qui limite le pouvoir de résolution d'un instrument.
3