D.S.T. N° 1

CLASSE DE PREMIÈRE S
Le : 25 septembre 2013
Durée : 2 h 00
Physique-Chimie
DEVOIR SUR TABLE N° 1
TOUT DOCUMENT INTERDIT.
L’usage de calculatrices scientifiques à mémoire est autorisé.
Les résultats numériques doivent être précédés d’un calcul littéral.
La présentation et la rédaction font partie du sujet et interviennent dans la notation.
L’épreuve est notée sur 16 points auxquels s’ajouteront les points d’épreuve pratique sur 4 points.
I ] L’œil et l’appareil photographique. (sur 5,25 points)
A] L’œil.
Un œil est modélisé par une lentille convergente située à une distance d = 25 mm de la rétine. Cet œil peut voir net
des objets situés de l'infini à 25 cm.
1. Faire un schéma de ce modèle.
2. Expliquer pourquoi la distance focale de la lentille doit être variable.
3. Quelle est la distance focale de cet œil au repos ?
4. Quelle est la distance focale de cet œil lorsqu'il observe un objet situé à 25 cm devant lui ?
5. Proposer une conclusion aux résultats des questions 3. et 4..
B] L’appareil photographique.
Les éléments essentiels d'un appareil photographique sont l'objectif et le capteur. L'appareil photographique doit
donner d'un objet réel une image réelle qui doit se former dans le plan du capteur.
Un appareil photographique « autofocus » 24 x 36 (dimensions en mm du capteur) a un objectif de distance focale 50 mm.
Pour illustrer son principe de fonctionnement, on modélise l'objectif par une lentille convergente. La mise au point sur l'objet
à photographier, automatique dans un appareil « autofocus », règle la distance lentille-capteur entre 50 et 55 mm, pour que
l'image nette se forme sur le capteur.
1. L'image obtenue est-elle droite ou renversée par rapport à l'objet ? Justifier à l'aide d'un schéma.
2. 2.1. Quelle est la distance lentille-capteur quand l'objet photographié est situé à une distance pratiquement infinie ?
2.2. La distance lentille-capteur augmente-t-elle ou diminue-t-elle si on photographie un objet plus proche de l'objectif ?
Justifier à l'aide d'un (de) schéma(s).
2.3. Que devient la taille de l'image d'un objet photographié quand la distance objet-lentille diminue ? Justifier à l'aide
d'un (de) schéma(s).
3. 3.1. Expliquer l'intérêt de la mise au point.
3.2. Déterminer la distance minimale qui peut séparer l'objet à photographier de l’objectif pour cet appareil photographique.
II ] Les défauts de l’œil. (sur 2,25 points)
Un œil hypermétrope est un œil dont l'ensemble des milieux transparents, notamment la cornée et le cristallin, peut
être modélisé par une lentille qui n'est pas assez convergente quand l'œil est au repos.
1. Lorsque l'œil est au repos, le foyer image de cette lentille est-il situé sur la rétine, devant la rétine ou derrière la
rétine ? Justifier.
2. Un œil hypermétrope peut-il voir un objet éloigné :  Sans accommoder ?  En accommodant ?
3. Pour corriger l'hypermétropie, on place devant l'œil au contact de la cornée une lentille convergente. L'œil hypermétrope
étudié a une distance focale : fh’ = 18,0 mm alors qu'un œil normal (ou emmétrope) a une distance focale : fe’ = 17,0 mm.
3.1. Calculer les vergences Ch et Ce de ces deux yeux.
3.2. En déduire la vergence C de la lentille de contact à utiliser pour corriger l'œil. Conclure.
Donnée : quand on accole deux lentilles convergentes, l'ensemble obtenu se comporte comme une lentille
unique de vergence égale à la somme des vergences des deux lentilles accolées.
4. Un œil myope est un œil trop convergent. Justifier qu'il ne peut pas voir nettement un objet éloigné.
III ] La loupe. (sur 3,5 points)
Un botaniste observe les étamines d'une fleur d'amaryllis en utilisant une loupe constituée d'une lentille convergente
de 10 cm de distance focale. L'étamine observée mesure 5,0 mm de longueur ; elle est placée à 5,0 cm de la loupe.
1. Schématiser la situation en représentant, en taille réelle, l'étamine par un segment AB, le point A étant sur l'axe
optique principal de la lentille.
... / ...

2. Tracer les trois rayons Iumineux caractéristiques issus du point B et qui traversent la lentille.
3. Trouver graphiquement la position de l’image B' du point B. Comment appelle-t-on ce type d'image ? Justifier.
4. En déduire graphiquement la taille, la position et le sens de l'image de l'étamine donnée par la loupe.
5. Retrouver ces résultats en utilisant les relations de conjugaison et de grandissement.
IV ] Deux lentilles convergentes. (sur 5,0 points)
A] Mesure d’une distance focale.
Au cours d'une séance de travaux pratiques, les élèves d'une classe de 1e S étudient la formation des images données
par une lentille mince convergente. Ils tracent pour cela le graphe donnant : y = 1 / OA' en fonction de : x = 1 / OA.
1. Quelle est la nature du graphe obtenu ?
2. En utilisant la relation de conjugaison, donner l'expression de la fonction : y = f (x). Est-elle compatible avec le
graphe obtenu ? Justifier.
3. En déduire graphiquement la vergence de la lentille étudiée. Quelle est sa distance focale ?
4. Déterminer graphiquement la position de l'image quand l'objet est placé 20 cm devant la lentille. Justifier la détermination.
B] Constructions et calculs.
Une lentille mince convergente (L) de centre optique O et de diamètre 5,0 cm porte l'indication : + 25 δ. Un objet AB
de 2,0 cm de hauteur est situé à 9,0 cm de la lentille. AB est perpendiculaire à l'axe optique principal de la lentille et A est
situé sur cet axe.
1. Déterminer la distance focale de cette lentille.
2. 2.1. Schématiser la situation et construire l'image A'B' de AB.
2.2. Déterminer graphiquement les valeurs numériques de OA' et
A
'B' .
2.3. Tracer la marche d'un faisceau de lumière issu de B qui s'appuie sur les contours de la lentille.
3. Retrouver, par un calcul, les valeurs numériques de OA' et
A
'B' .
4. Définir et calculer le grandissement γ de ce système.