Ce sujet est accompagné d`une feuille de réponse individuelle sur

T
erm
S spécialité. Produire des images, observer.
TP : LE MICROSCOPE
Objectif : Etudier le fonctionnement d’un microscope.
Ce sujet est accompagné d'une feuille de réponse individuelle sur laquelle vous
devez consigner vos résultats.
I) PRESENTATION DU MICROSCOPE .
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 len
tille convergente
de très courte distance focale (de l’ordre du mm). Le
grandissement γ
γγ
γ
1
est gravé sur l’objectif (par exemple x
4, x 10, x 40).
-
L’oculaire qui est un système de distance focale de
l’ordre du cm. L’oculaire est assimilable à une lentille
convergente et joue le rôle d’une loupe. Le grossissement
G
2
est gravé sur l’oculaire (par exemple x 10).
L’observateur place son œil 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 est
constante.
La mise au point consiste à déplacer le bloc [objectif-tube-oculaire] à l’aide des boutons
de réglage grossier et de réglage fin.
En général, un microscope dispose de plusieurs objectifs et oculaires permettant
d’obtenir de nombreux grossissements.
II) MODELISATION DU MICROSCOPE .
Un microscope peut être modélisé par un ensemble de deux lentilles minces
convergentes.
 Les deux lentilles ont même axe optique et sont fixes l’une par rapport à
l’autre.

1) Réalisation du montage.
• Matériel : Un banc d’optique, une source lumineuse, un objet de 0,5 mm de hauteur,
une lentille L
1
(l’objectif) de vergence c
1
= 10,0 δ, une lentille L
2
(l’oculaire) de vergence c
2
= 5,0 δ, un écran, des supports pour lentille et écran .
• La distance O
1
O
2
est constante est égale à 75,0 cm.
- Placer sur le banc d’optique, la source lumineuse munie de l’objet à la graduation 20,0
cm, puis l’objectif et l’oculaire.
 L’intervalle optique ∆
∆∆
∆ est la distance qui sépare le foyer image F’
1
de
l’objectif du foyer objet F
2
de l’oculaire :
1 2
'
F F
∆ = .
Dans un microscope l’intervalle optique est constant.
Répondre aux questions 1 et 2 sur la feuille réponse.
2) Formation de l’image intermédiaire A
1
B
1
.
 Schématiquement, la correspondance entre objet et image pour l’objectif et
l’oculaire est :
Répondre à la question 3 sur la feuille réponse.
- Placer un écran blanc sur le banc là où se forme l’image intermédiaire A
1
B
1
.
- Déplacer l’objet AB de façon à former l’image intermédiaire A
1
B
1
la plus nette possible
sur l’écran. Noter la position de l’objet par rapport à l’objectif soit
1
O A
(!!! attention au
signe).
Répondre aux questions 4 à 7 sur la feuille réponse.
3) Formation de l’image définitive A’B’.
- Placer l’écran blanc après l’oculaire et déplacer-le jusqu’à observer un petit disque
lumineux bien net (vérifier, en mettant une pointe de stylo au centre de l’objectif). Ce
disque est le cercle oculaire du microscope (son étude sera réalisée plus loin).
- Retirer l’écran et placer l’œil au niveau du cercle oculaire.
Répondre aux questions 8 et 9 sur la feuille réponse.

4) Grossissement G du microscope.
 Le grossissement G d’un microscope est le rapport :
'
G
θ
θ
=
θ
θθ
θ ’ est l’angle sous lequel est vu l’image définitive par le
microscope.
θ
θθ
θ est l’angle sous lequel est vu l’objet à l’œil nu lorsqu’il
est placé à la distance minimale de vision distincte, d
m
=
25 cm.
Répondre aux questions 10 à 13 sur la feuille réponse.
5) Le cercle oculaire.
 Le cercle oculaire est l’image de la monture de l’objectif par l’oculaire.
- Placer l’écran blanc derrière l’oculaire et retrouver le cercle oculaire du microscope.
Répondre à la question 14 sur la feuille réponse.
 Le diamètre de la pupille de l’observateur (6 mm) est supérieur au diamètre
du cercle oculaire. L’observateur reçoit alors un maximum de lumière lorsqu’il
place son œil au niveau du cercle oculaire.

Feuille réponse. Nom : Prénom :
Question 1. Calculer la valeur de l’intervalle optique
1 2
'
F F
∆ =
Question 2. Compléter le schéma du microscope fourni, en dessinant, à l’échelle 1/5
ème
sur l’axe horizontal et à l’échelle 1 sur l’axe vertical, les lentilles avec leurs foyers et
l’intervalle optique ∆ . Ce schéma sera ensuite complété progressivement.
Question 3. On désire observer une image définitive A’B’ à l’infini (observation sans
fatigue de l’œil). Dans ces conditions, où doit être placée l’image intermédiaire A
1
B
1
par
rapport à l’oculaire ? Exprimer
1 1
O A
en fonction de f’
1
et de ∆ puis calculer la valeur
de
1 1
O A
.
Question 4. Quelles sont les caractéristiques de l’image A
1
B
1
observée ? Déterminer
expérimentalement le grandissement γ
1
de l’objectif (!!! attention au signe).
Question 5. En appliquant la relation de conjugaison, calculer la position
1
O A
de l’objet
AB par rapport à l’objectif. Comparer avec l’expérience.
Question 6. A partir des valeurs de
1 1
O A
et
1
O A
calculer la valeur du grandissement γ
1
.
Comparer avec l’expérience.
Question 7. Compléter le schéma du microscope. L’objet sera représenté par un trait
vertical. Pour un tracé soigné, dessiner l’image intermédiaire A
1
B
1
puis tracer les rayons
lumineux à partir de cette image pour retrouver la position de l’objet.

Question 8. L’image définitive est-elle droite ou renversée ?
Question 9. Compléter le schéma du microscope en construisant l’image définitive A’B’.
Question 10. Dessiner l’angle θ
θθ
θ ’ sur le schéma.
Question 11. Exprimer tan θ
θθ
θ en fonction de AB et d
m
. Lorsque θ
θθ
θ est petit, on peut faire
l’approximation tan θ
θθ
θ =
= =
= θ
θθ
θ.
. .
. Calculer θ
θθ
θ.
..
.
Question 12. Exprimer tan θ ’ = θ ’ en fonction de A
1
B
1
et de f’
2
. Calculer θ ’.
Question 13. Calculer le grossissement G du microscope.
Question 14. Construire le cercle oculaire sur l’autre feuille de papier millimétré sans
placer l’objet et les images.