Lentilles minces convergentes

LENTILLES MINCES CONVERGENTES
1. Caractéristiques de la lentille.
1.1. Plans focaux ; foyers.
Donnez les définitions du plan focal objet et du plan focal image d'une lentille :
L'image d'un objet éloigné .........................................................................................
L'image d'un objet dans le plan focal objet .....................................................................................
Le foyer objet se trouve à l'intersection du plan focal objet et de l'axe optique de la lentille.
Le foyer image......................................................................................
1.2. Distance focale.
Donnez la définition de la distance focale
OF'
d'une lentille convergente. Décrivez une méthode pour
la mesurer pratiquement.
Déterminez la distance focale de la lentille étudiée.
Les opticiens utilisent plutôt la vergence pour caractériser une lentille (par exemple sur les ordonnances
des ophtalmologues) ; donnez la définitionset calculez la vergence de votre lentille en précisant l'unité.
2. Image d'un objet par une lentille convergente.
2.1. Trajets optiques des "trois rayons particuliers".
Un rayon passant par le centre optique n'est pas dévié.
Un rayon incident parallèle à l'axe optique émerge en passant par le foyer image
Un rayon incident passant par le foyer objet émerge parallèlement à l'axe optique.
Ces "trois rayons particuliers" illustrent les propriétés du centre optique et des foyers d'une lentille.
2.2. Recherche expérimentale de la position et des dimensions de l'image.
- mesurez la taille de l'objet lumineux AB
- placez la lentille étudiée sur le banc d'optique à une distance
AO
= 100 cm de la source lumineuse.
- recherchez la position de l'écran pour laquelle on observe une image nette ; comparez l'image et l'objet
- mesurez la distance OA' de la lentille à l'image.
- mesurez la taille A'B' de l'image
2.3. Construction géométrique (sur une feuille à petits carreaux).
Dans cette construction, l'objet et l'image sont dessinés en grandeur réelle ; les autres longueurs sont
divisées par un facteur 5.
- représentez l'objet AB, puis la lentille
- tracez le rayon lumineux issu de B passant par le centre optique de la lentille
- tracez le rayon lumineux issu de B parallèle à l'axe optique en déterminant la façon dont il émerge de la
lentille
- déterminez la position du point B' image de B ; tracer l'image A'B'
- tracez un troisième rayon lumineux permettant de vérifier la construction précédente
Vérifiez que le résultat de cette construction est compatible avec les mesures effectuées en 2.2.
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2.4. Formules de conjugaison des lentilles minces.
−1
OA +1 OA ' =1 OF '
γ=A ' B'
AB =OA ' OA
Vérifiez que les résultats précédents sont compatibles avec ces formules.
Cette animation va (une fois de plus) vous aider pour vérifier vos résultats
3. Objets et images ; reprenez la même démarche pour les situations suivantes :
3.1. Objet réel, image réelle.
Placez la lentille à 66 cm de l'objet :
OA
= - 66 cm
3.2. Objet réel, image virtuelle.
3.2.1. Avancez la source lumineuse ; placer la lentille à 15 cm de l'objet :
OA
= -15 cm
3.2.2. Utilisez une lentille auxiliaire (juste derrière la lentille étudiée) pour obtenir une "image de
l'image".
Retirez la lentille étudiée et cherchez la position de la source lumineuse permettant d'obtenir une image
nette sur l'écran (par la lentille auxiliaire) ; la source se trouve alors à la position (de l'image virtuelle)
recherchée.
4. Étude d'une lentille convergente.
On dispose d'une lentille convergente : on cherche à déterminer sa distance focale.
4.1. Proposez une expérience permettant de la mesurer sommairement.
4.2. Pour mesurer plus précisément cette distance focale, on réalise l'expérience schématisée ci-dessous :
on mesure les distances AO et AA', après avoir obtenu une image nette A'B' de l'objet AB sur l'écran.
A
B
O A'
objet lentille écran
les mesures effectuées dans différentes situations sont rassemblées dans le tableau suivant :
AO en cm 47 50 63 75 85 90 100 105
AA' en cm 167 152 136 138 142 145 151 155
Tracez le graphe montrant l'évolution de
1
OA '
en fonction de
−1
OA
(échelles 1 cm pour 0,2 m-1).
En exploitant ce graphe, déterminez la distance focale de la lentille étudiée.
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