tp02 image formee par un miroir spherique

Terminale S / spécialité physique A: Produire des images, observer
Professeur Barrandon Eric Lycée La Merci
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TP02 IMAGE FORMEE PAR UN MIROIR SPHERIQUE CONVERGENT
I. QU’EST-CE QU’UN MIROIR CONVERGENT ?
1. Définitions : Un miroir sphérique est formé par une surface réfléchissante qui est une calotte sphérique
dont le centre est le point C appelé centre optique.
Le rayon de courbure du miroir est noté R.
L’axe de révolution de la calotte sphérique est l’axe optique. Le sommet du miroir est noté S.
2. Observations
Comment différencier les miroirs ?
Vous disposez de différents miroirs.
A quoi servent-ils ? miroir grossissant de salle de bain (concave), rétroviseur (convexe, champ plus étendu),
miroir utilisé sur les routes en cas de mauvaise visibilité, miroir de dentiste…
Quelle forme ont-ils ? concave, convexe ou plan.
Placer un objet à différentes distances de chacun d’eux et noter les caractéristiques des images observées.
Vous reporterez vos observations dans le tableau suivant :
Miroir M1
Miroir M2
Miroir M3
Forme au toucher
plan
concave
convexe
Position de l’objet
Près
Loin
Près
Loin
Près
Loin
Caractéristiques de l’image
Endroit
Même taille
Endroit
Même taille
Endroit
Plus grand
que l’objet
Envers
Plus petite
que l’objet
Endroit
Plus petite
Représentation
Remarque : si l’objet est placé entre C et F l’image donnée par M2 est à l’envers, plus grande que l’objet. Pour simplifier
dans cette introduction, qui est une initiation à l’observation des images, imposer aux élèves de placer l’objet « assez loin »
ou « assez près ».
II. ETUDE D’UN MIROIR SPHERIQUE CONCAVE
On étudie les propriétés d’un miroir sphérique quand on l’éclaire sur sa partie concave uniquement (la partie
convexe est hors programme).
1.Construction graphique de l’image d’un objet plan formé par un miroir sphérique concave.
Rappeler les lois de la réflexion et les utiliser pour
construire l’image de l’objet AB, formée par le miroir.
Pour cela vous tracerez, sur la figure ci-dessous, la
marche d’un faisceau lumineux issu de B et se
réfléchissant sur le miroir.
Rappel : lois de la réflexion
- Le rayon réfléchi est dans le plan d’incidence.
- L’angle de réflexion est égal à l’angle d’incidence : i = i’.
A'
B'
B
A
S
C

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2. Quelques Définitions
Le miroir sphérique d’un télescope forme l’image d’un
objet situé à l’infini. Rappeler la loi de la réflexion puis
l’utiliser pour construire, avec le plus de précision
possible, les rayons réfléchis de 3 rayons qui arrivent
parallèle à l’axe optique (c'est-à-dire d’un objet situé à
l’infini).
• Pour les miroirs sphériques, on définit le foyer F par :
« Tout rayon incident parallèle à l’axe optique est réfléchi par le miroir en passant par le foyer
principal. »
a) Placer F sur le schéma ci-dessus.
b) En déduire une relation entre la distance focale f = CF et le rayon de courbure R du miroir.
2
R
f
=
c) D’après le schéma ci-dessus, un miroir sphérique concave est-il convergent ou divergent ?
Le miroir sphérique concave fait converger les rayons lumineux, c’est un miroir CONVERGENT.
• Tracer un faisceau lumineux passant par le centre optique du miroir sphérique. Chercher la position du rayon
réfléchi.
• Conclure.
Le rayon lumineux issu de B et parallèle à l’axe optique est réfléchi en passant par F.
Le rayon lumineux issu de B et passant par F est réfléchi parallèlement à l’axe optique.
Le rayon lumineux issu de B et passant par C est réfléchi selon la direction d’incidence.
3. Evaluation de la distance focale
Orienter le miroir concave vers une source lumineuse éloignée considéré à l’infini, un arbre par exemple, et
recueillir le faisceau réfléchi sur un écran pour avoir une image nette. Evaluer alors la distance focale du miroir
et la comparer à son rayon de courbure.
f = 0,40 m d’où R = 0,80 m.
On peut également utiliser une lentille convergente pour simuler un objet à l’ infini en plaçant la source sur son
foyer objet. On peut positionner la source par la méthode dite d’ autocollimation (en utilisant un miroir).
4. Caractéristique de l’image en fonction de la place de l’objet
a) A l’aide du banc optique, observer les caractéristiques de l’image (taille, sens , recueilli sur un écran ou pas)
en fonction de la position de l’objet (entre l’infini et C, en C, entre C et F, au point F) le miroir restant fixe.
Recueillir, chaque fois que c’est possible, l’image sur une feuille blanche utilisée en demi écran.
b) Noter vos observations dans un tableau.
c) Faire la construction associée à chaque cas différents (Choisir une échelle).
d) Placer l’objet entre le foyer et le miroir. Regarder dans le miroir. Où se trouve l’image ?
Peut-on la récupérer sur un écran ?
F
S
C

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CONSTRUCTIONS DE L’IMAGE D’UN OBJET PAR UN MIROIR SPHERIQUE CONCAVE
l’objet est placé avant le centre du miroir.
l’objet est placé au centre du miroir.
l’objet est placé entre le centre du miroir et son foyer.
l’objet est placé entre le foyer du miroir et son sommet.