Chapitre 3 : Le microscope

Chapitre 3 : Le microscope Terminale S Spécialité
1ère Partie
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 :
: Produire des images, observer
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1ère Partie : Produire des images, observer
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A1B1
(Image pour L1
Objet pour L2)
AB
(Objet pour L1)
A’B’
(Image pour L2)
L1
Objectif
L2
Oculaire
Objectif Oculaire
(L1) (L2)
O1 O2
A1
B1
F’2 F2 F1 A
B F’1 A’
Δ
Δ’
B’
L’œil observe en accommodant
Objectif Oculaire
(L1) (L2)
A’∞
B F’1 F2 = A1 O2
O1
B1
F’2
F1
A
B’∞
Δ’
L’œil observe sans accommoder (aucun effort)

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1ère Partie
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)
: Produire des images, observer
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II.3. Grossissement standard du microscope
O1 O2
B1
F’2
F2 = A1
F1
F’1
A’∞
A
B
B’∞
Δ’
L’œil observe sans accommoder (aucun effort)
Diaphragme
Objectif Oculaire
(L1) (L2)
A’∞
B
O1
O2
B1
F’2
F2 = A1
F1
A
F’1
B’∞
Δ’
α’
α’α’
B
A
α
dm

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1ère Partie
On appelle G le grossissement du microscope, il est définit par le rapport suivant :
: Produire des images, observer
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α
α'
G=
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 :
'
2
11
22
11
f
BA
FO
BA
α'α'tan ==≈ ;
m
d
AB
ααtan =≈ ce qui conduit à '
2
m11
f
d
AB
BA
α
α'
G×=×== AB
d
f
BA m
'
2
11
Le rapport 1
γ=
AB
BA 11 correspond en fait à la valeur absolue du grandissement de l’objectif.
Le grossissement standard du microscope est : '
2
m
1f
d
γ
α
α'
G
×==
II.4. Cercle oculaire
Objectif
(L1)
Oculaire
(L2)
O1 O2
F’2
F2
F1
F’1
Diaphragme
Cercle
C
D
D’
O’
Oculaire
Δ’
C’
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 :
'
2
122 f
1
OO
1
O'O
1=−
Le diamètre du cercle oculaire se déduit de la relation de grandissement de l’oculaire γ2 :
12
2
2OO
O'O
CD
D'C'
γ==