
Exercice 3. Optique (5 pts)
Deux lentilles L1 et L2 sont telles que :
- Les distances focales valent respectivement f’1 = 10 cm et f’2 = 20 cm.
- La distance des centres optiques a la valeur algébrique : O1O2 = 30 cm
1. Construire la figure et placer les foyers principaux. Prendre l’échelle ¼. 1 pt
2. Déterminer, dans le système optique (L1, L2) les caractéristiques de l’image d’un objet AB de
hauteur 1 cm placé à 20 cm devant la lentille L1. 2 pts
3. On note γ1 et γ2 le grandissement des lentilles L1 et L2 dans la situation considérée. Quel est le
grandissement γ du système. 2 pts
Exercice 4. Lumière (5 pts)
On dispose d’une cellule photoélectrique dont la cathode est en césium de longueur d’onde seuil est de
λ0 = 660 nm.
1. Calculer en électronvolt l’énergie minimale W0 à fournir à ce métal pour extraire
un électron. 0,5 pt
2. On applique entre l’anode et la cathode une différence de potentiel UAC = 10 V et on éclaire la
cellule avec une radiation lumineuse de longueur d’onde λ = 400 nm.
2.1 Calculer en électronvolt l’énergie W d’un photon incident. 0,5 pt
2.2 Calculer la vitesse maximale, dans l’hypothèse non relativiste, d’un électron
2.2.1 Qui sort de la cathode. 0,5 pt
2.2.2 Qui arrive sur l’anode. 1 pt
3. La source lumineuse précédente est supposée ponctuelle et isotrope (c’est-à-dire qu’elle
rayonne de manière uniforme dans toutes les régions de l’espace). La photocathode de surface
s = 4 cm2 est située à une distance R = 1 m de la source. Le rendement quantique de la cellule
est de 0,3 % ; l’intensité du courant de saturation est de 0,02 mA lorsqu’on établit une tension
suffisamment élevée pour atteindre la saturation.
3.1 Qu’appelle-t-on, pour une cellule photoélectrique, courant de saturation ? 0,5 pt
3.2 Calculer la puissance rayonnante P reçue par la photocathode. 1 pt
3.3 En déduire la puissance rayonnante totale Pt émise par la source. 1 pt
On rappelle que la surface d’une sphère de rayon R est S = 4πR2, la vitesse de la lumière
dans le vide C = 3×108 m/s, la masse de l’électron me = 9,11×10-31 kg, la charge élémentaire
d’un électron e = 1,6×10-19 C, la constante de Planck h = 6,63×10-36 Js
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