Chapitre 3 : Le microscope Terminale S Spécialité Chapitre 3 : Le microscope Objectifs : - Savoir que pour le microscope l’image à travers l’objectif constitue l’objet de l’oculaire ; - Construction graphique de l’image intermédiaire et définitive d’un objet plan perpendiculaire à l’axe optique ; - Construction de la marche d’un faisceau lumineux ; - Savoir utiliser et exploiter l’expression donnée du grossissement ; - Savoir définir et calculer le diamètre apparent ; - Connaître la définition du cercle oculaire, son intérêt pratique et savoir le construire. I. Présentation Un microscope est un instrument d’optique permettant d’obtenir une image d’un objet de petite dimension pour être vu à l’œil nu. Un microscope comprend trois systèmes optiques : - le miroir sphérique concave associé à un condenseur qui permet d'éclairer l'objet observé. - l'objectif qui est un système optique constitué de plusieurs lentilles assimilables à une lentille convergente de très courte distance focale (de l'ordre du millimètre). Le grandissement γ1 est gravé sur l'objectif (par exemple × 4, × 10, × 40). - l'oculaire qui est un système optique de distance focale de l'ordre du centimètre. L'oculaire est assimilable à une lentille convergente et joue le rôle d'une loupe. Le grossissement G2 est gravé sur l'oculaire (par exemple × 10) 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 constante est appelée intervalle optique Δ. La mise au point consiste à déplacer le bloc [objectif – tube – oculaire] à l'aide des boutons de réglage grossier puis de réglage fin (vis micrométrique). En général, un microscope dispose de plusieurs objectifs et oculaires permettant d'obtenir de nombreux grossissements. II. Caractéristiques du microscope II.1. Modélisation du microscope On peu modéliser un microscope par l’association de deux lentilles convergentes, fixes l’une par rapport à l’autre et de même axe optique Δ’. Une des lentilles représente l’objectif (L1) : son rôle est de grossir une première fois l’objet. On obtient alors une image intermédiaire A1B1. La deuxième lentille représente l’oculaire (L2) : A1B1 est en fait un objet pour l’oculaire et on obtient ainsi l’image définitive A’B’. Elle joue le rôle de loupe. On a ainsi l’enchaînement suivant : 1ère Partie : Produire des images, observer Page 1 sur 4 Chapitre 3 : Le microscope Terminale S Spécialité L1 AB (Objet pour L1) Objectif A1B1 L2 (Image pour L1 Objet pour L2) Oculaire Objectif (L1) A’B’ (Image pour L2) Oculaire (L2) Δ B A F1 F’1 A1 A’ O1 F2 O2 F’2 Δ’ F’2 Δ’ B1 B’ L’œil observe en accommodant Objectif (L1) B A F1 Oculaire (L2) A’∞ F’1 F2 = A1 O2 O1 B1 B’∞ L’œil observe sans accommoder (aucun effort) 1ère Partie : Produire des images, observer Page 2 sur 4 Chapitre 3 : Le microscope Terminale S Spécialité II.2. Marche d’un faisceau lumineux Pour tracer la marche d’un faisceau lumineux on trace les deux rayons limites issus du point B s’appuyant sur les bords de l’objectif (ou de son diaphragme). Objectif (L1) Oculaire (L2) Diaphragme B A F1 A’∞ F’1 F2 = A 1 O2 O1 F’2 Δ’ B1 B’∞ L’œil observe sans accommoder (aucun effort) II.3. Grossissement standard du microscope Objectif (L1) Oculaire (L2) B A F1 F’1 A’∞ F2 = A 1 α’ O1 α’ O2 α’ B1 B’∞ B A α dm 1ère Partie : Produire des images, observer Page 3 sur 4 F’2 Δ’ Chapitre 3 : Le microscope Terminale S Spécialité On appelle G le grossissement du microscope, il est définit par le rapport suivant : G= α' α α’ : angle sous lequel est vue l’image définitive A’B’ à travers le microscope, en rad α : angle sous lequel est vue l’objet à l’œil nu lorsqu’il est placé à la distance minimale dm (distance de vision distincte = punctum proximum), en rad Le grossissement standard du microscope correspond au grossissement G lorsque l’image A’B’ à travers le microscope est envoyée à l’infini, c’est-à-dire lorsque l’œil l’observe sans accomoder. Dans ces conditions on a : AB AB tan α' ≈ α' = 1 1 = 1 ' 1 ; O 2 F2 f2 A B d AB α' A B d ce qui conduit à G = = 1 ' 1 × m = 1 1 × m' tan α ≈ α = dm α AB AB f2 f2 AB Le rapport 1 1 = γ 1 correspond en fait à la valeur absolue du grandissement de l’objectif. AB d α' Le grossissement standard du microscope est : G = = γ 1 × m' α f2 II.4. Cercle oculaire Objectif (L1) Oculaire (L2) Diaphragme C F’2 F’1 F1 O1 D’ O’ F2 O2 Δ’ C’ D Cercle Oculaire Le cercle oculaire correspond à l’image de l’objectif ou de son diaphragme à travers l’oculaire. C’est à cet endroit qu’il faut placer la pupille de l’œil : - pour recevoir le maximum de lumière ; - pour avoir la vue la plus étendue possible de l’image. La position du cercle oculaire se déduit de la relation de conjugaison de Descartes : 1 1 1 − = ' O 2 O' O 2 O 1 f 2 Le diamètre du cercle oculaire se déduit de la relation de grandissement de l’oculaire γ2 : C' D' O 2 O' γ2 = = CD O 2O1 1ère Partie : Produire des images, observer Page 4 sur 4