TP1 LENTILLES MINCES CONVERGENTES

A. Produire des images, Observer
TP1 LENTILLES MINCES CONVERGENTES
Objectifs:
- Déterminer la position et la taille d'une image donnée par une lentille mince convergente.
- Connaître et appliquer les formules de conjugaison et de grandissement.
- Déterminer la distance focale d’une lentille
I.
LENTILLE MINCE CONVERGENTE
Définitions et schématisation
1.
Définition :
Schématisation :
Une lentille mince convergente est caractérisée par :
- un centre optique O,
- un axe optique
- un foyer objet F
- un foyer image F', symétrique de F par rapport à O.
- La flèche indique le sens de propagation de la lumière
2. Propriétés d'une lentille mince convergente
- Sur une feuille blanche A4, schématiser une lentille convergente, son axe optique et
son centre optique.
- Réaliser un faisceau de 3 rayons lumineux parallèles. Intercepter ces rayons par une
lentille mince convergente placée sur la feuille de papier précédente. Noter la position
du foyer image F’. En déduire la position du foyer objet F. Représenter un schéma de
l’expérience.
- Réaliser un faisceau de 3 rayons lumineux convergents à l’aide de la seconde lentille à
bords minces. Faites converger ces rayons en F. Représenter l’expérience.
- Faire converger les 3 rayons précédents en O. Représenter l’expérience.
- Conclure
3. Mesures algébriques
Règles : la mesure algébrique est une distance algébrique (positive ou négative) mesurée
suivant deux axes orientés :

Suivant l’horizontale, la mesure est positive si elle est comptée suivant le sens de
propagation de la lumière

Suivant la verticale, la mesure algébrique est positive si elle est comptée de bas
en haut
4.
Distance focale et vergence
On appelle distance focale f’ d'une lentille la mesure algébrique
exprimée en m.
On appelle vergence C d'une lentille exprimée en dioptrie (δ), l’inverse de sa distance
focale :
Exemple : Quelle est la vergence d’une lentille de distance focale f’=125mm
II.
IMAGE D'UN OBJET DONNEE PAR UNE LENTILLE CONVERGENTE
1) Rechercher expérimentalement l’image d’un objet
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L'objet est le chiffre 1 accolé à la lampe. On appelle A sa position sur l’axe optique. Mesurer la
taille
de cet objet. Positionner le à la graduation 0 du banc d’optique.
Une lentille convergente de focale f’=125mm est placée en O tel que
.
Chercher la position de l'image A’ de l'objet A sur l’écran. Mesurer la distance
ainsi que la
taille de l’image
Recommencer l’expérience en modifiant la distance objet lentille comme indiqué dans le tableau
ci-dessous. Compléter le.
50cm
40cm
30cm
20cm
a) Pourquoi
est-elle négative ?
b) Que peut on dire de OA par rapport à f’ ? Conclure sur les variations de la
position et de la taille de l’image par rapport à celles de l’objet.
2) Conditions de Gauss
Placer la lentille à 50cm de l’objet. Former l’image nette sur l’écran. Reculer
légèrement l’écran de façon à rendre floue l’image. Ajouter un diaphragme contre
la lentille. Observer et conclure
3) cas particulier
Placer la lentille tel que
.
a) Chercher la position de l’objet.
b) Regarder l’objet à travers la lentille. Conclure (sens taille position …)
4) Rechercher graphiquement l’image de l’objet
Vocabulaire
On appelle point objet le point situé à l'intersection des rayons incidents ou de leurs
prolongements. On appelle point image, le point situé à l'intersection des rayons
émergents ou de leurs prolongements.
En utilisant les propriétés des trois rayons particuliers, déterminer graphiquement la
position de l'image A'B' de l'objet AB dans les cas de l’annexe.
Remarque : lorsqu’un objet est situé à l’infini, on suppose que les rayons issus du
point objet B sont parallèles entre eux.
III.
RELATION DE CONJUGAISON ET RELATION DE GRANDISSEMENT
Les positions de l’image et de l’objet sont liées par la relation de conjugaison :
Le grandissement est défini par :
Si
Si
Si
Si
alors :
alors :
alors :
alors :
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IV.
MESURE DE LA DISTANCE FOCALE D’UNE LENTILLE
1. Méthode précise
a) Mesures
Vous disposez d’une lentille de focale inconnue. En plaçant l’objet AB (chiffre 1)
sur la graduation 0 du banc d’optique, déterminer la position et la taille de l’image
A’B’ pour les différentes positions de la lentille données dans le tableau cidessous.
Mesure
1
2
3
4
5
6
-32
-35
-38
-41
-44
-47
(cm)
(cm)
(cm)
b) Exploitation
 A l’aide de LATISpro, représenter le graphique
Déterminer l’équation de la droite affine obtenue. En identifiant les membres de
l’équation avec ceux de la formule de conjugaison, déterminer la valeur de la
distance focale f’ de la lentille.
 Pour deux mesures de votre choix déterminer de 2 façons différentes le
grandissement
2. Méthode rapide
Créer l’image d’un objet situé à l’infini (bâtiment en face, tube fluorescent du
plafond) sur un écran.
En déduire la distance focale de la lentille.
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