Optique géométrique

SP2
Optique géométrique
Exercices de cours
Exercice 1 Valeurs de célérités
Utiliser la définition de l’indice
Calculer la valeur de la vitesse de la lumière dans:
(1) l’eau d’indice n = 1,33
(2) un verre d’indice n = 1,5
Exercice 2 Longueur d’onde dans un milieu
Établir l’expression de la longueur d’onde dans un milieu
Quand la lumière passe d’un milieu à un autre, c’est sa fréquence qui est conservée. Exprimer la longueur d’onde λ dans un
milieu en fonction de sa longueur d’onde λ0 dans le vide.
Exercice 3 Rayon lumineux et source
Tracer des rayons lumineux issus d’une source à distance finie
Tracer des rayons lumineux issus d’une source à distance infinie
(1) Tracer quelques rayons lumineux issus de la source ponctuelle S. Un rayon lumineux comporte toujours une flèche (en
son milieu) pour indiquer son sens de propagation.
•
S
(2) Cette source S est maintenant placée à l’infini sur la gauche (en pratique très loin à gauche). Quelle est l’allure des
rayons lumineux?
S∞
Exercice 4 Angle de réfraction maximal et reflexion totale
Établir l’angle de réfraction maximal
Établir la condition de réflexion totale
(1) On se place ici dans le cas où n2 > n1 . Montrer que i2 reste forcément inférieur à une valeur i 2max .
(2) Cette fois, on se place dans le cas n1 > n2 . Montrer que le rayon réfracté n’existe que si i1 reste inférieur à une certaine
valeur i 1lim .
(3) Que se passe-t-il si i1 > i 1lim et n1 > n2 ?
Exercice 5 Construction d’une image par un miroir
Construire l’image d’un point par un miroir
Identifier la nature réelle ou virtuelle d’un point
+
A
1
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Exercices de cours
(1) En utilisant au moins deux rayons, trouver l’image A0 du point A.
(2) L’objet A est-il réel ou virtuel? Et son image A0 ?
Construire l’image d’un objet
Utiliser les propriétés du foyer image
Utiliser les propriétés du centre optique
Utiliser l’aplanétisme
Exercice 6 Construire l’image de points à l’infini
(1) Les rayons incidents de la figure suivante proviennent d’un point situé à l’infini sur l’axe optique. Tracez les rayons
émergents correspondants pour la lentille convergente et la lentille divergente.
A∞
F1
A∞
O1
F10
F20
O2
F2
(2) Sur le schéma suivant, les rayons proviennent d’un point A situé à l’infini hors de l’axe optique. En utilisant les propriétés
de l’aplanétisme des lentilles minces, trouver l’image A0 puis tracer les rayons émergents.
A∞
A∞
F1
O1
F10
F20
O2
F2
Construire l’image d’un objet du plan focal
Utiliser les propriétés du foyer objet
Utiliser les propriétés du centre optique
Utiliser l’aplanétisme
Exercice 7 Construire l’image de points du plan focal objet
(1) Comment émergent des rayons incidents passant par le foyer objet? Tracer, pour chaque lentille du schéma suivant,
deux rayons incidents passant par le foyer objet ainsi que leurs rayons émergents.
F1
O1
F10
F20
2/3
O2
F2
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Exercices de cours
(2) Sur le schéma suivant, trouver l’image du point A ainsi que le rayon émergent correspondant au rayon incident tracé.
A
F1
A
O1
F10
F20
O2
F2
Tracer l’image d’un objet transverse
Utiliser les propriétés des points particuliers d’une lentille
Déterminer la nature réelle ou virtuelle d’une image
Exercice 8 Image d’un objet transverse
(1) Tracer l’image de AB en utilisant les 3 rayons particuliers. Donner la nature (réelle ou virtuelle), la taille relative (plus
grande ou plus petite) et le sens (droite ou renversée) de l’image.
B
+
A
F
O
F0
(2) Même question dans le cas de la lentille divergente ci-dessous.
B
+
A
F0
O
Exercice 9 Relation de conjugaison et grandissment
F
Utiliser la relation de conjugaison
Utiliser le grandissement transverse
En mesurant les distances OA, AB et f 0 sur les schémas de l’exercice précédent, déterminez par le calcul la position OA0 et la
taille A0 B0 de l’image. Vérifiez que cela concorde avec votre schéma.
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