Terminale STL- SPCL Etude du microscope TP 2 - les ondes -

Terminale STL- SPCL
observer mesurer : voir plus grand
Objectifs de la séance :
Prérequis :
Compétences évaluées :
Etude du microscope
TP 2 - les ondes -
Fonctionnement du microscope
1° SPCL : Mettre en œuvre expérimentalement des systèmes optiques imageurs ; identifier le rôle des éléments
essentiels en les désignant ; caractériser objet et image optiques. - Exploiter un modèle simplifié de l’oeil pour expliquer
l’accommodation. Exploiter les notions de foyers, distance focale pour caractériser un système optique.
- Exploiter les propriétés d'une lentille mince convergente pour prévoir qualitativement la position et la taille d'une image.
- Utiliser les relations de conjugaison pour prévoir la position et la taille d'une image obtenue à travers une lentille mince
convergente ; réaliser une simulation numérique. - Déterminer expérimentalement la position et la taille d'une image.
 Objectifs et oculaires ;
 Résolution d'un instrument d'optique.
- Définir le grossissement et le pouvoir de résolution d'un microscope optique.
- Modéliser un microscope optique par un système optique simple.
- Réaliser et exploiter le tracé d'un faisceau de lumière pour décrire le principe du microscope.
- Exploiter les relations de conjugaison pour déterminer la position et la taille d'une image fournie par l'objectif d'un
microscope.
 Grossissement
Le microscope
1. Description
Il est constitué de deux systèmes optiques :
- L’objectif, vers l’objet, qui est un système
convergent de distance focale très courte.
- L’oculaire, vers l’œil, qui est aussi un système
convergent mais de distance focale un peu plus
grande.
2. Fonctionnement
L’objectif donne d’un petit objet AB une image
réelle renversée agrandie A1B1 mais qui est petite.
L’oculaire donne de cette image intermédiaire qui
lui sert d’objet une image finale A’B’ agrandie et si
possible à l’infini pour que l’œil qui regarde dans
l’oculaire n’accommode pas.
L’oculaire sert de loupe !
3. Construction des rayons lumineux à partir
d’un exemple
Partie 1 :
Un petit objet AB de 2 mm est situé à gauche et à
15 cm de l’objectif constitué par une lentille
convergente L1 de distance focale 10 cm. L1 donne
de l’objet AB une image que l’on notera A1B 1 (à
visualiser sur un écran).
Une autre lentille convergente L2, de distance
focale 20 cm, servant d’oculaire, est placé à droite de L1 telle que  = F’1F2 = 25 cm, 
s’appelle l’intervalle optique du microscope, il lui est caractéristique et donc fixe.
En utilisant la formule de conjugaison et la formule du grandissement répondre aux questions
suivantes (voir en annexe) :
a) Calculer la position de l’image A1B1.
b) En déduire la position de A1B1 par rapport à L2.
c) Calculer la position de l’image A’B’ obtenue à travers L 2 à partir de l’objet intermédiaire
A1B1.
d) Calculer le grandissement 1 de la lentille L1. En déduire la taille de A1B1.
e) Calculer le grandissement 2 de la lentille L2. En déduire la taille de A’B’.
f) Réaliser la construction géométrique de l’ensemble optique.
(Échelle horizontale conseillée 1 cm (ou 1 carreau) pour 5 cm
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4. Manipulation
Réaliser la manipulation précédente, vérifier l’exactitude des résultats trouvés et observer
avec votre œil l’image.
Attention il ne faut pas modifier l’ensemble L1L2.
5. Modélisation d’un microscope :
Partie 2 :
D’après le mode de fonctionnement du
microscope où doit se trouver l’image
A’B’ ?
h) Pour respecter cette condition, devezvous avancer ou reculer l’objet
(lanterne) ?
g)
i)
j)
k)
Réaliser ce réglage et observer l’image.
Représenter sur un schéma cette nouvelle situation (calculer le grandissement 1).
Laisser l’équivalent de 40 cm, avec l’échelle, à droite de L2 pour faire la question 7.c.
6. Grossissement
On rappelle que G le grossissement d’un instrument d’optique est égal au rapport de l’angle
’ de vision de A’B’ à travers l’instrument d’optique sur l’angle  de vision directe à l’oeil nu
de l’objet AB placé au punctum proximum (dm = 25 cm). G= ’ / .
L’image intermédiaire A1B1 étant dans le plan focal objet de la lentille L2 que devient
l’image finale A’B’ ?
m) Placer sur le schéma que ’ = tan ’ = A’B’/A’O2, l’exprimer aussi en fonction de A1B1 et
F2O2 d’une part, et de A1B1 et f’2 d’autre part.
n) Rappeler l’expression de 1 et de a, en déduire celle de G en fonction de 1, dm et f’2.
Le grossissement de l’oculaire, gravé sur celui-ci, est G2 = dm/f’2.
Le grossissement de l’objectif, gravé sur celui-ci, est 1, (égal au grandissement de L1 vu
précédemment).
o) Montrer que le grossissement commercial G = 1.G2.
l)
6. Manipulation
Réaliser cette nouvelle situation et la faire constater au professeur.
7. Œil fictif
En plaçant une lentille L3, à droite de L2, suivie d’un écran, on simule un œil.
p) En prenant la situation précédente, où se forme l’image finale A3B3 à travers la lentille L3
(l’objet pour L3 n’est autre que A’B’, bien entendu…)? L’œil accommode-t-il ?
q) Réaliser l’expérience, relever la position de L3 pour obtenir sur l’écran une image A3B3.
r) Compléter alors le schéma réalisé au j.
Annexe :
B
A’
A
F
O
F’
B’
Formule de conjugaison :
Formule de grandissement :
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