Focométrie - p l a f . o r g

http://www.plaf.org/phycats Prépa ATS Dijon - Sciences physiques – OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE
ATS
ATSATS
ATS Sciences physiques
TP D'OPTIQUE
FOCOMÉTRIE
D URÉE PRÉVUE : 2h
Matériel. Par poste : banc avec accessoires : 1 source avec objet, 2 supports de lentilles (vérifier le montage), 1 écran sur
support, clips, diaphragmes, boîte de lentilles de Morez (vergences connues et indiquées), 1 lampe de chevet (25W) ou de
poche.
A part : Lentilles inconnues et numérotées 2A, 7, 13C, 17, et 18. .
BUT : Déterminer les distances focales de cinq lentilles inconnues.
1. OBSERVATION
Déterminer rapidement à l'aide de deux méthodes simples la nature des lentilles inconnues et les classer. Expliquer par une construction
géométrique précise ou un schéma les deux méthodes utilisées.
2. MESURE DE LA DISTANCE FOCALE DES LENTILLES CONVERGENTES
2.1. Autocollimation (méthode à utiliser pour les deux lentilles)
On place juste derrière la lentille L (c'est-à-dire sur le même support) un miroir plan M . On déplace l'ensemble {L, M} jusqu'à former une image
renversée dans le même plan que l'objet. La distance objet-lentille est alors une bonne approximation de la distance focale de L.
Expliquer et justifier cette méthode. On peut dans certains cas utiliser un diaphragme pour améliorer la précision.
2.2. Méthode de Bessel (à utiliser pour une des deux lentilles)
Soit D la distance fixe entre l'objet et l'écran. Montrer qu'il ne peut exister que 2 positions de L pour lesquelles on observe une image nette sur
l'écran. Pour une lentille donnée, toutes les distances D sont-elles possibles ?
Soit d la distance entre ces 2 positions de L ; montrer que moyennant une condition sur f ' (à exprimer), on a f ' = (D²-d²)/4D. Mesurer D
et d , et en déduire f ' si possible. Refaire les mesures avec d'autres valeurs de D.
2.3. Méthode de Silbermann (conserver la même lentille que précédemment)
Diminuer progressivement D et constater qu'alors d décroît. Quand d=0, on obtient alors D = D
0
= 4 f '. Mesurer alors le grandissement.
Expliquer ces deux résultats.
En déduire f '.
2.4. Méthode des lunetiers (méthode à vérifier à l'aide de deux lentilles de Morez)
Principe : cette méthode consiste à accoler sur le même support une lentilles L
1
connue et une lentille L
2
inconnue. La distance entre les 2
lentilles est supposée nulle. On rappelle que la vergence V de l'ensemble {L
1
, L
2
} est égale à V
1
+ V
2
. On peut ainsi mesurer la distance
focale d'une lentille très faiblement convergente en mesurant la distance focale du doublet par la méthode de Bessel ou Silbermann.
Manipulation : en utilisant deux lentilles convergentes de Morez (les deux lentilles sont donc ici connues), vérifier par la méthode de Bessel ou
de Silbermann la relation V = V
1
+ V
2
.
3. MESURE DE LA DISTANCE FOCALE DES LENTILLES DIVERGENTES
Méthode des lunetiers (à utiliser pour une des deux lentilles)
La lentille divergente L sera accolée à une lentille de Morez L
1
convenablement choisie pour que {L, L
1
} soit convergent.
Mesurer la distance focale du doublet par la méthode de Bessel ou de Silbermann. En déduire celle de L.