LENTILLES MINCES 1–Introduction 2–Détermination
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Classe de 1ère S—TP d’optique— LENTILLES MINCES 1–Introduction En optique, on appelle dioptre la surface de séparation entre 2 milieux transparents différents. Une lentille est constituée de 2 dioptres séparant le verre et l’air. Vous allez étudier quelques propriétés des lentilles minces (chaque dioptre d’une lentille mince est soit plan soit sphérique de grand rayon–les 2 calottes sphériques peuvent avoir des rayons différents–on peut considérer qu’un plan est une calotte sphérique de rayon infini). On distingue les lentilles convergentes dont le centre est plus épais que le bord et les lentilles divergentes dont le centre est plus mince que le bord. On appelle centre optique O le centre de la lentille On appelle axe principal, l’axe perpendiculaire à la lentille passant par le centre de la lentille. F O F’ axe principal émergent incident F O F’ F O F’ Les figures ci-contre ont été réalisées avec des lentilles convergentes. Toutes les lentilles minces ont les propriétés suivantes : — Tout rayon incident passant par le centre optique n’est pas dévié. — Tout rayon incident parallèle à l’axe principal émerge de la lentille en passant par le foyer image F0 . On appelle distance focale la distance OF0 . C’est une valeur caractéristique de la lentille. — Tout rayon incident passant par le foyer objet F émerge de la lentille parallèlement à l’axe principal. Une lentille mince possède 2 foyers F et F0 symétriques par rapport à O. — On appelle plan focal un plan parallèle au plan de la lentille et passant par un foyer. Des rayons incidents parallèles émergent en passant tous par un point dans le plan focal image. Des rayons incidents passant par un point du plan focal objet émergent parallèlement entre eux. plan focal F O F’ 2–Détermination de la distance focale d’une lentille convergente Vous disposez d’un banc d’optique, glissière graduée qui permet d’aligner les objets et de mesurer les distances. Une lampe (source de lumière) est placée dans un boîtier. Elle éclaire une plaque dans laquelle a été percé un F. Dans la suite des expériences, on dira que c’est le F qui est la source (secondaire) car il est fortement éclairé par la source (primaire) : la lampe. Placer la plaque dans laquelle a été percé le F au 0 de la graduation de la glissière du banc d’optique. Ce sera plus facile pour les mesures à faire. Dans un même support, placez une lentille convergente et un miroir, de telle sorte que le miroir renvoie la lumière vers la source à travers la lentille convergente. On appellera A1 le centre de la plaque sur laquelle se trouve le F et O le centre de la lentille. Modifiez la distance source–support donc A1 O pour obtenir sur la plaque du F un F à l’envers net et mesurer avec le maximum de précision à l’aide de la règle du banc d’optique la distance entre le F et la lentille. Quelle est cette distance A1 O en mètre ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Calculez en prenant A1 O en mètre C1 = 1 A1 O = ................................................................................................ Cette valeur C en dioptries (δ) caractérise cette lentille convergente. Arrondir sa valeur au nombre entier le plus proche. document 1 – optique 1 1 Livre Chapitre 1 page 14 Classe de 1ère S—TP d’optique— 3–Mesure du nombre de dioptries d’une lentille divergente Supposons 2 lentilles : L1 de valeur C1 = 2 δ et L2 de valeur C2 = 3 δ. On admettra que si on les accole, alors elles se comportent comme une seule lentille de valeur C = C1 + C2 = 5 δ. Nous admettrons que cette loi reste vraie avec des lentilles convergentes ou des lentilles divergentes. Dans un même support, placez la lentille convergente du paragraphe précédent et une lentille divergente. Ajouter un miroir dans le même support ou éventuellement dans un autre de telle sorte que le miroir renvoie la lumière vers la source à travers la lentille convergente. On appellera A le centre de la plaque sur laquelle se trouve le F et O le centre de la lentille. Modifiez la distance source–support donc AO pour obtenir sur la plaque du F un F à l’envers net et mesurer avec le maximum de précision à l’aide de la règle du banc d’optique la distance entre le F et la lentille. Quelle est cette distance AO et en mètre ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Calculez en prenant AO en mètre C= 1 AO =. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Déduire de la loi des lentilles accolées la valeur C2 de la lentille divergente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–Détermination de la distance focale de la lentille convergente par projection d’une image sur un écran 4.1–Protocole Sur le banc d’optique, placez d’un côté la source et de l’autre côté le plus loin possible l’écran. Placez la lentille entre la source et l’écran, proche de la source, puis l’éloigner de la source jusqu’à obtenir une image nette sur l’écran. Remarque : si l’image dépasse la hauteur de l’écran, alors diminuer la distance source –écran. 4.2–Mesures 1. Mesurer la hauteur A’B’ de l’image, A’ est le point le plus bas et B’ le plus haut. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Mesurer la hauteur AB de la source (le F), A est le point le plus haut et B le plus bas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Mesurer la distance AO source–lentille. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Mesurer la distance OA’ lentille–écran. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3–Schéma de l’expérience Prendre une feuille à petits carreaux de préférence. Il faudra maintenant tenir compte des propriétés indiquées dans l’introduction du TP ! On prend l’échelle suivante : horizontalement : 1 cm sur votre schéma représente 10 cm dans la réalité verticalement : 1 cm sur votre schéma représente 1 cm dans la réalité — Au milieu de la feuille tracer l’axe OF’. — Placer la source AB tout à gauche avec A sur l’axe. — Placer O. Représenter la lentille par une double flèche perpendiculaire à l’axe. — Placer l’écran. — Placer A’ et B’ 4.4–Questions 1. Dessiner le rayon qui part de B, traverse la lentille en O et arrive en B’. Qu’a-t-il de particulier ? ........................................................................................................................................... 2. Dessiner le rayon qui part de B parallèlement à l’axe, traverse la lentille et arrive en B’. En déduire la position du foyer F’. Quelle est la distance focale ? ........................................................................................................................................... 3. Dessiner le rayon émergent parallèle à l’axe arrivant en B’. Dessiner aussi le rayon incident sachant que le rayon qui arrive en B’ vient de B. Appeler F le point d’intersection du rayon incident avec l’axe. 4. Comparer FO et OF’ ........................................................................................................................................... document 1 – optique 1 2 Livre Chapitre 1 page 14
