TP Lentilles et miroirs sphériques

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TP Lentilles et miroirs sphériques
But de la manipulation : Déterminer la distance focale  d’une lentille mince convergente (L)
puis celle  d'un miroir sphérique.
On appelle A, un point de l'objet lumineux situé sur l’axe optique et A' son image. On note "D"
la distance entre l'objet lumineux et l'écran et "d" la distance entre l'objet lumineux et la
lentille mince.
Placer l’objet lumineux n°1 (lettre découpée) contre la source de lumière, à la graduation "0" du banc
d’optique. Placer l’écran à 1m20 de l’objet lumineux. Placer la lentille (L) entre l’objet et l’écran, près de
l'écran. Éloigner la lentille (L) de l'écran jusqu'à obtenir une image de l'objet lumineux sur cet écran.
I Estimation approchée de la distance focale 
Ia. Mesurer les distances D et d.
Appeler le professeur pour vérifier les positions et les mesures (appel 1)
Pour évaluer l'ordre de grandeur de  on a placé l’objet dans une position très éloignée de la
lentille. Dans l'hypothèse où d >10  l'objet peut être considéré comme étant à l’infini.
Ib. Dans cette hypothèse, expliquer pourquoi on peut considérer que  mesure la
distance focale  de la lentille.
Ic. Quelle est, dans cette hypothèse, la valeur de la distance focale  ?
Id. En justifiant la réponse, dire si l'hypothèse émise pour déterminer la valeur de 
par cette méthode paraît valide ou non.
Ie. . Si on éloigne l'objet de la lentille, dans quel sens l'image se déplace-t-elle ?
If. En déduire si la distance focale "approchée" déterminée par la méthode précédente
est légèrement plus petite ou plus grande que la distance focale réelle :
II Mesure précise de la distance focale 
L'objet lumineux n°1 étant toujours sur le banc d’optique à la graduation "0", placer l'écran à
une distance D de l'ordre de 30 cm de l'objet lumineux et placer la lentille près de l’écran.
IIa. Régler la position de la lentille (L) de façon à obtenir une image de l'objet lumineux
sur l'écran. Relever avec le maximum de précision les valeurs de d et D mesurées
sur le banc et les reporter sur la le compte-rendu.
Appeler le professeur pour vérifier les positions et les mesures (appel 2)

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IIb. Rappeler la relation de conjugaison relative aux lentilles minces.
IIc. En déduire une valeur de 
IId. En déduire 
IIe. Calculer la vergence C de la lentille (L) en dioptrie
IIf. Tracer sur le schéma ci-dessous les rayons lumineux en tenant compte de l’échelle.
Retrouver le valeur de 
13,6
13,8
14
14,2
14,4
14,6
14,8
15
15,2
15,4
15,6
15,8
16
16,2
16,4
16,6
16,8
17
17,2
17,4
17,6
17,8
18
18,2
18,4
18,6
18,8
19
19,2
19,4
19,6
19,8
20
20,2
20,4
20,6
20,8
21
21,2
21,4
21,6
21,8
22
22,2
22,4
22,6
22,8
23
23,2
23,4
23,6
23,8
24
24,2
24,4
24,6
24,8
25
25,2
25,4
25,6
25,8
26
26,2
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
-
10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1cm → 10 cm
III Détermination de la distance focale  d'un miroir sphérique convergent
Pour déterminer la position du foyer image du miroir sphérique, on s'appuie sur la propriété du
foyer image rappelée ci-après :
Un faisceau de rayons incidents parallèles à l'axe du miroir converge au foyer image du
miroir.
Obtention d'un faisceau incident parallèle à l'axe optique du miroir
IIIa. Quelle doit être la valeur de la distance AO' pour obtenir un faisceau émergent
parallèle à l'axe optique de la lentille (L’) dans le montage ? Justifier la réponse.
IIIb. Mettez en place le montage de façon à obtenir un faisceau émergent parallèle à l'axe
optique de cette lentille en suivant les conditions de la question III.a
Appeler le professeur pour vérifier la qualité du faisceau émergent de (L’) (appel 3)

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Détermination de la distance focale du miroir
Placer le miroir sphérique à environ 1 m de la lentille, de façon à ce que leurs axes optiques
soient confondus.
IIIc. En déplaçant le demi-écran, repérer la position du foyer  du miroir. Évaluer la
distance focale du miroir et noter le résultat sur votre compte-rendu. Si le demi-
écran n’est pas suffisant pour observer l’image finale, incliné le support portant le
miroir et placer l’écran au dessus du banc d’optique sans trop l’éloigner pour autant.
Appeler le professeur pour vérifier la position du foyer (appel 4)
IIId. Représenter la lentille et le miroir ; puis tracer les rayons lumineux correspondant à
la situation.
12,8
12,8
13
13
13,2
13,2
13,4
13,4
13,6
13,6
13,8
13,8
14
14
14,2
14,2
14,4
14,4
14,6
14,6
14,8
14,8
15
15
15,2
15,2
15,4
15,4
15,6
15,6
15,8
15,8
16
16
16,2
16,2
16,4
16,4
16,6
16,6
16,8
16,8
17
17
17,2
17,2
17,4
17,4
17,6
17,6
17,8
17,8
18
18
18,2
18,2
18,4
18,4
18,6
18,6
18,8
18,8
19
19
19,2
19,2
19,4
19,4
19,6
19,6
19,8
19,8
20
20
20,2
20,2
20,4
20,4
20,6
20,6
20,8
20,8
21
21
21,2
21,2
21,4
21,4
21,6
21,6
21,8
21,8
22
22
22,2
22,2
22,4
22,4
22,6
22,6
22,8
22,8
23
23
23,2
23,2
23,4
23,4
23,6
23,6
23,8
23,8
24
24
24,2
24,2
24,4
24,4
24,6
24,6
24,8
24,8
25
25
25,2
25,2
25,4
25,4
25,6
25,6
25,8
25,8
26
26
26,2
26,2
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FO
C
F
M
IIIe. Où se forme l’image donnée par le miroir ?

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F
M
Pour chaque poste
Un banc d’optique avec l’ensemble de ses accessoires, à savoir :
• une source lumineuse (lampe à incandescence) devant laquelle est placé un dépoli (papier
calque)
• deux objets lumineux :
- objet 1 : lettre découpée par exemple
- objet 2 : petit trou de 5 mm de diamètre maximum
Ces deux objets doivent être munis d'un papier calque si la lanterne n'en possède pas
• Deux supports pour lentille et écran pouvant coulisser le long du banc
• une lentille convergente identifiée (L) de distance focale voisine de 10 cm (afin que la
détermination de l'ordre de grandeur selon la méthode choisie garde du sens) et dont la
valeur de la vergence est masquée
• une lentille convergente identifiée (L') de vergence connue (par exemple + 3 dioptries)
• un écran
• un écran adapté pour le repérage de la position du foyer du miroir convergent :
- un demi-écran
ou
- une grille avec une pastille blanche au centre
• un support portant un diaphragme (de l'ordre du ½ cm de diamètre d'ouverture)
• un miroir sphérique convergent. Vérifier que l'axe du miroir est confondu avec l'axe du banc.
Remarque : les deux lentilles (L) et (L') doivent être clairement identifiables par les candidats.