D.S.T. N° 1

CLASSE DE PREMIÈRE S
Le : 24 septembre 2014
Durée : 2 h 00
Physique-Chimie
DEVOIR SUR TABLE N° 1
TOUT DOCUMENT INTERDIT.
L’usage de calculatrices scientifiques à mémoire est autorisé.
Les résultats numériques doivent être précédés d’un calcul littéral.
La présentation et la rédaction font partie du sujet et interviennent dans la notation.
L’épreuve est notée sur 16 points auxquels s’ajouteront les points d’épreuve pratique sur 4 points.
I ] La chambre noire. (sur 4,0 points)
Certains artistes de la Renaissance utilisaient une « chambre noire » afin de visualiser les objets avant de les peindre.
Avec ce dispositif, constitué de deux boîtes pouvant coulisser l'une dans l'autre, l'observateur, situé à l'arrière du
dispositif, pouvait voir l'image de l'objet se former sur un papier calque.
Pour obtenir une image de meilleure qualité, on agrandit le diamètre d de l'ouverture jusqu'à 4,00 cm et on accole,
derrière cette ouverture sur la face avant, une lentille convergente de centre optique O et de distance focale : f ’ = 10,0 cm.
1. Établir un lien entre les éléments de ce dispositif et les constituants d'un œil réel.
Présenter le résultat sous forme d’un tableau.
2. Comment vérifier rapidement que la lentille utilisée est une lentille convergente ?
3. L'objet est une bougie de 3,00 cm de hauteur placée à 50,0 cm de l'ouverture.
3.1. Faire un schéma simplifié de la situation à l'échelle 1 / 2 verticalement et 1 / 10e horizontalement.
3.2. Tracer les rayons de lumière permettant de déterminer la position de l'image de la bougie.
3.3. À quelle distance de l'ouverture doit-on placer le papier calque afin d'observer l'image ?
3.4. L’image obtenue est-elle réelle ou virtuelle, droite ou inversée ? Justifier les réponses.
3.5. Déterminer graphiquement la taille de cette image.
4. Quel nom peut-on donner à l'appareil ainsi réalisé ? Justifier.
II ] Macrophotographie. (sur 5,75 points)
La photographie d'une fleur a été prise avec un appareil argentique en utilisant la fonction macrophotographie. Cette
fonction nécessite un dispositif particulier permettant d'éloigner la lentille-objectif d'une distance assez grande du film, bien
au-delà de la distance focale de l'objectif utilisé.
L'appareil est ici muni d'un objectif de 100 mm de distance focale. La fleur a une taille de 3,00 cm. Elle est
photographiée à une distance de 20,0 cm de la lentille-objectif.
1. Faire un schéma de la situation à l'échelle 1/2 verticalement et 1/4 horizontalement. Représenter la fleur par un
segment vertical AB.
2. Construire l'image A'B' de AB.
3. Déterminer graphiquement la grandeur A'B' et la position OA' de l'image.
4. Indiquer sur le schéma quel devra être l'emplacement de la pellicule.
5. Vérifier la position de l'image en calculant OA ' .
6. Est-ce que le résultat est en accord avec ce qui est écrit plus haut sur la particularité du mode macrophotographie ?
7. On dit généralement que l'on est en mode macrophotographie lorsque la grandeur de l'image sur le film est égale ou
supérieure à la grandeur de l'objet. Calculer la grandeur de l'image.
8. Calculer le grandissement. En déduire les caractéristiques de l'image de la fleur sur la pellicule.
9. Le résultat est-il en accord avec l'affirmation du 7. ?
10. Pour la suite, on supposera que la grandeur de l'image est égale à celle de l'objet. Le cadre de l'image sur le film a
un format de 24,0 mm sur 36,0 mm. Au tirage du film, ce cadre est agrandi à un format de 12,0 cm sur 18,0 cm. Quelle
sera alors la grandeur de l'image de la fleur ? Conclure sur l’intérêt du mode macrophotographie.
... / ...

III ] Des yeux pour voir… (sur 3,75 points)
A] Œil privé de cristallin.
Un patient souffrant de la cataracte a été opéré par ablation du cristallin. Il doit alors porter des lunettes dont les
lentilles ont une très forte vergence (15,0 δ) pour remplacer son cristallin pour une vision de loin.
1. 1.1. Rappeler en quoi consiste « l'accommodation » d'un œil emmétrope.
1.2. Le patient opéré de la cataracte peut-il « accommoder » ?
2. Que doit faire le patient pour voir un objet très proche de lui ?
3. Quelle est la vergence du verre de lunette à utiliser si le patient veut lire son journal situé à 30,0 cm de lui ?
B] Œil myope.
Un œil myope a un cristallin trop convergent : lorsqu'il regarde un objet à l'infini, l'image se forme à 0,500 mm devant la
rétine, laquelle se trouve à 15,2 mm du cristallin. Pour l’œil sans défaut optique (œil emmétrope), en revanche, l'image se
forme sur la rétine pour tout objet placé entre 25,0 cm et l'infini, qui est l'ensemble des positions d'objet que peut voir cet œil.
1. Calculer la distance focale du cristallin de l'œil myope au repos.
2. En déduire la vergence correspondante. Est-elle minimale ou maximale pour cet œil myope ? Justifier.
3. Quelle est la vergence du cristallin lorsque l'œil myope observe un objet à 25,0 cm, l'image étant formée sur la rétine ?
4. En supposant que l'œil myope puisse augmenter sa vergence de 4,00 δ s'il accommode au maximum, montrer qu'un
myope peut voir net un objet situé à moins de 25,0 cm du cristallin.
Ainsi, sans lunettes de correction, un œil myope voit mieux de près qu'un œil sans défaut.
IV ] Tirage d’un appareil photographique. (sur 2,5 points)
Un objectif d’appareil photographique est modélisé par une lentille mince convergente de distance focale : f ’ = 75,0 mm.
En tournant une bague, le photographe déplace l'objectif par rapport au capteur pour effectuer la mise au point. Ce
déplacement s'appelle le « tirage ».
Un photographe désire prendre un cliché d'un objet AB très éloigné, perpendiculaire à l'axe optique, A étant sur l'axe
optique et B dans une direction faisant l'angle α avec l'axe.
1. À quelle distance du capteur faut-il placer la lentille pour que l'image de AB soit sur le capteur ?
2. Construire, sur votre copie et sans souci d’échelle, l'image A'B' de AB en utilisant uniquement un rayon issu de B et
passant par le centre optique de l’objectif.
3. Calculer la taille de l'image A'B', si l'objet AB est un immeuble de 30,0 m de hauteur situé à 1,00 km de l'objectif.
4. Quel autre objectif le photographe devrait-il utiliser pour obtenir, dans les conditions précédentes, une image deux
fois plus grande ?
5. Le « tirage » de l'objectif est la distance algébrique : t ' = F'A' . Quel est le « tirage » maximum si le réglage de
l'objectif de 75,0 mm de focale permet de mettre au point sur un objet situé entre 1,00 m et l'infini ?