Ce sujet est accompagné d`une feuille de réponse individuelle sur
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Term 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 lentille convergente de très courte distance focale (de l’ordre du mm). Le grandissement γ1 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 G2 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 L1 (l’objectif) de vergence c1 = 10,0 δ, une lentille L2 (l’oculaire) de vergence c2 = 5,0 δ, un écran, des supports pour lentille et écran . • La distance O1O2 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 F2 de l’oculaire : ∆ = F '1 F2 . Dans un microscope l’intervalle optique est constant. Répondre aux questions 1 et 2 sur la feuille réponse. 2) Formation de l’image intermédiaire A1B1. 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 A1B1. - Déplacer l’objet AB de façon à former l’image intermédiaire A1B1 la plus nette possible sur l’écran. Noter la position de l’objet par rapport à l’objectif soit O1 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 : θ' G= θ θ’ est l’angle sous lequel est vu l’image définitive par le microscope. 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, dm = 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 ∆ = F '1 F2 Question 2. Compléter le schéma du microscope fourni, en dessinant, à l’échelle 1/5ème 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 A1B1 par rapport à l’oculaire ? Exprimer O1 A1 en fonction de f’1 et de ∆ puis calculer la valeur de O1 A1 . Question 4. Quelles sont les caractéristiques de l’image A1B1 observée ? Déterminer expérimentalement le grandissement γ1 de l’objectif (!!! attention au signe). Question 5. En appliquant la relation de conjugaison, calculer la position O1 A de l’objet AB par rapport à l’objectif. Comparer avec l’expérience. Question 6. A partir des valeurs de O1 A1 et O1 A calculer la valeur du grandissement γ1. 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 A1B1 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’ sur le schéma. Question 11. Exprimer tan θ en fonction de AB et dm. Lorsque θ est petit, on peut faire l’approximation tan θ = θ. Calculer θ. Question 12. Exprimer tan θ’ = θ’ en fonction de A1B1 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.
