THEME 1 – OBSERVER : COULEURS ET IMAGES .

1S – Chapitre 1
Séquence B
THEME 1 – OBSERVER : COULEURS ET IMAGES
I – Activité expérimentale – Modélisation du comportement de la lumière
Matériel
Banc optique, lentille convergente de distance focale f’ (pastille jaune) ; source lumineuse (6 V ;) munie
d’un objet (lettre « F ») ; calculatrice.
Le dispositif expérimental
1..Objet et image
 Positionner la lentille à 40 cm environ d'un objet lumineux. Déplacer l’écran jusqu’à ce que la figure
apparaisse sur l’écran soit nette.
 Vérifier qu'il existe une seule position de l'écran pour obtenir une figure nette
 Le centre de la lentille est notée O. L'intersection du plan de l’objet avec le banc optique est notée A et
l'intersection du plan de la figure nette et du banc optique est notée A'.
 Quand l'écran montre une figure nette, alors il est dans le plan appelé plan conjugué du plan de
l'objet. La figure nette observable sur l'écran est l'image de l'objet. 
2. Taille de l’objet et taille de l’image
Aides
L'image réelle d'un point A est le point A' situé à l'intersection des rayons issus Ide A après la
traversée de la lentille.
Une distance (ou mesure) algébrique est une distance orientée entre deux points O et A par
exemple, notée . Elle est positive si elle est orientée dans le sens positif choisi.
Le rapport entre la taille d'un objet et celle de l'image conjuguée par la lentille convergente est
appelé grandissement.
Si la taille de l'objet est mesurée algébriquement sur un axe vertical orienté vers le haut, la
relation du grandissement (noté par la lettre grecque γ « gamma ») est : valeur
pouvant être positive ou négative.

Mesurer la distance AB . Pour 8 positions différentes de la lentille, comprises entre 35 cm et 75 cm,
mesurer les distances OA , OA' et A'B' puis consigner ces valeurs dans un tableau.
3. Questions
a. À l'aide d'un banc optique horizontal et orienté dans le sens de propagation de la lumière, mesurer les
distances algébriques lentille-objet et lentille-image en établissant un tableau de correspondance
pour une dizaine de valeurs de . Les distances seront exprimées en mètres dans le tableau de mesures.
b. Montrer que la fonction f est telle que peut-être modélisée numériquement par la
relation de conjugaison où k est une constante, qui sera déterminée graphiquement.
Toutes les données du tableau seront exploitées.
c. En utilisant la relation de conjugaison pour une lentille mince, calculer la distance focale de la
lentille.
d. Calculer la valeur du grandissement pour les différentes positions de l'image.
Expliquer la valeur négative du grandissement .
e. Vérifier à l’aide de 3 mesures consignées dans le tableau, la relation entre le grandissement et les
distances et '.
II – Activité de modélisation – Fonctionnements comparés de l’œil et de
l’appareil photographique
L'œil est un système optique complexe auquel s'ajoute un capteur, la rétine. Nous allons modéliser le
fonctionnement optique de l'œil humain grâce au matériel du laboratoire : c'est l'œil réduit.
1. Accommodation
Fig.1.a
Fig.1.b.
a. Les photographies de la fig.1 ont été prises du même endroit avec le même appareil photographique,
mais avec deux réglages différents. Du point de vue de la netteté, quel commentaire pouvez-vous faire ?
b. Regarder un objet proche de votre œil en accommodant sur lui, c'est-à-dire en faisant l'effort de le voir
net. Comment les objets éloignés apparaissent-ils ?
c. Sans changer votre position, accommoder sur les objets éloignés. Comment l'objet proche apparaît-il ?
d. Rappeler le modèle de l'œil réduit.
En déduire que le phénomène d'accommodation peut s'interpréter sans changement de la distance
entre la lentille modélisant le cristallin et l'écran modélisant la rétine.
e. Un appareil photographique peut être modélisé comme l'œil réduit, mais avec une lentille de
distance focale fixe qui peut se déplacer légèrement sur l'axe optique.
Déduire d'un tel modèle d'appareil photo une explication des deux photographies (Fig. 1).
2. L’appareil photo
Un appareil photographique est un dispositif dont l'objectif crée une image réelle sur des capteurs
numériques ou une pellicule argentique. L'objectif peut être modélisé par une lentille convergente, dont la
distance focale vaut par exemple 50 mm dans le cas d'un objectif « standard ».

Une photographie est réussie lorsque les images de tous les points de l'objet sont sur le capteur. Dans le
cas contraire, la photo est floue. Pour que les images se forment
exactement sur le capteur, il faut mettre au point, c'est-à-dire faire
correspondre la distance entre la lentille et le capteur avec la
position de l'objet. L'objet et le capteur sont alors conjugués à
travers la lentille.
Pour être photographié, un objet ne doit être ni trop près ni trop
loin, et ne pas avoir une taille trop grande. L'ensemble des points
objets qui donnent une image sont situés dans un cône, caractérisé
par un angle, qui dépend de la taille de la pellicule ou des capteurs et
de la distance focale (Fig. 2).
a Dans le cas d'un capteur rectangulaire 24 x 36 mm, à quelle distance de son centre se trouve le point le
plus éloigné ? En déduire la valeur de l'angle de prise de vue d'un objectif standard.
L'angle de la figure 2 a-t-il été correctement dessiné ?
b. L'œil a le même angle de vision qu'un objectif standard, mais sa distance focale est de 15 mm.
Calculer la taille de la rétine, supposée circulaire, qui joue le rôle d'écran.
c. Pour un objet mesurant 10vm et situé à 100 m (considéré à l'infini) de l'objectif, calculer la taille de l'image
avec un objectif standard (50 mm), avec un grand angle (28mm) et avec un téléobjectif (150vmm).
En déduire l'intérêt du téléobjectif.
III – Activités expérimentales – Le trajet des rayons lumineux à travers une
lentille convergente
Aides
Le cristallin est l'un des milieux transparents de l'œil, qui forme une lentille convergente placée
derrière la pupille.
L'accommodation est la modification d'une caractéristique optique de l'œil, sa vergence ou sa
distance focale, sous l'action de muscles afin d'obtenir des images d'objets à distance finie.
L'objectif est la partie optique d'un appareil photographique. Il est modélise par une lentille
convergente, dont la distance focale a différentes valeurs selon le type d'objectif.
La mise au point est le réglage de l'appareil photographique à effectuer pour faire correspondre
l'image avec la pellicule. L'image d'un point de l'objet est alors un point sur la pellicule.
L'œil réduit est constitué d'un diaphragme accolé à une lentille convergente, associés à un écran
où se forme l'image projetée par la lentille.
Matériel
Banc optique, source lumineuse munie d’un objet (lettre « F »), diaphragmes, lentilles convergentes des
distances focales 12,5 cm (violet), 20 cm (jaune) et 30 cm (bleu), écran.
1. L’œil réduit : un modèle optique de l’œil
L’œil réduit est constitué d’un diaphragme accolé à une lentille convergente, associée à un écran
où se forme l’image projetée par la lentille.
 Réaliser un œil réduit et le montage permettant de l'étudier. Placer l'objet à 30 cm environ de la lentille
de distance focales f = 12,5 cm (violet). 
 Former l'image de l'objet lumineux sur l'écran. 
 Ouvrir et fermer le diaphragme tout en observant l'effet résultant sur l'écran.
a. Décrire l'image obtenue sur l'écran.
b. Comment évolue la luminosité de l'image en fonction de l'ouverture du diaphragme ?
c. Fermer le diaphragme affecte-t-il l'image elle-même ?
d. Préciser le rôle de chaque élément.

2. Comparaison des fonctionnements optiques de l’œil et de l’appareil photographique
Montage expérimental
 Placer l’objet éclairé et un écran sur un banc d'optique à 1,0 m l'un de l’autre.
 Positionner une lentille de focale 20 cm entre l'objet et l'écran de façon que l'image nette de l'objet se
forme sur l'écran.
 Rechercher deux positions de la lentille donnant une image : pour l'une l'image est plus grande que
l'objet,
pour l'autre, elle est plus petite.
Première série d’expériences
L'écran restera fixe pendant toutes les expériences. Déplacer légèrement la lentille. Déplacer ensuite
l'objet pour retrouver une image nette.
Deuxième série d'expériences
La position de la lentille est fixe. Faire varier sa distance focale en utilisant différentes lentilles. Déplacer
l'objet pour que l'image nette se forme sur l'écran.
Questions
a. Quelle position modélise ce qui se passe dans le cas d'un appareil photographique et d'un œil ?
b. Quelle série d'expériences modélise la mise au point d'un appareil photographique, et laquelle modélise
l'accommodation de l'œil ?
c. Pourquoi, dans la seconde série d'expériences, faut-il déplacer l'objet pour que l'image nette se forme
sur l'écran ? En déduire que l'œil n'a pas besoin de déplacer les objets pour les voir nets (s'ils sont au-delà
du punctum proximum).
d. Déduire ce dont il faudrait disposer dans la seconde série d'expériences pour que, comme l'œil, il soit
possible d'avoir toujours l'image sur l'écran en déplaçant d'abord l'objet.
e. Pour chaque lentille à disposition, prévoir la position de l'objet en utilisant la relation de conjugaison.
Vérifier ensuite expérimentalement. 