Les lentilles.

TP n° 13 1/4
Les lentilles
Objectifs :
Etude d’une lentille convergente comme loupe :
 Observation de l’image donnée par la loupe. Localisation expérimentale de l’image donnée par la loupe.
Etude d’une lentille convergente :
 Observation d’une image donnée par une lentille. Localisation expérimentale de l’image donnée par la lentille.
 Détermination théorique de la position d’une image : relation de conjugaison, vergence et distance focale image.
 Détermination par construction géométrique de la position d’une image.
I - Définitions indispensables : Les lentilles.
 Une lentille : c’est un matériau transparent et homogène ( en général du verre ou du plexiglas ), de révolution
autour d’un axe ( axe optique ) et limité par au moins une surface (dioptre) sphérique, l’autre
surface pouvant être plane.
 Lentille mince : lentille dont l’épaisseur au centre est négligeable par rapport aux rayons des surfaces sphériques
constituant la lentille et par rapport à leur différence.
 Lentille convergente :
 c’est une lentille qui rabat vers son axe un faisceau de lumière parallèle incident.
 c’est une lentille à bord mince : elle est plus épaisse au voisinage de son axe qu’à sa périphérie.
 Exemples : Schématisation :
 Lentille divergente :
 c’est une lentille qui écarte de son axe un faisceau de lumière parallèle incident.
 c’est une lentille à bord épais : elle est plus épaisse à sa périphérie qu’au voisinage de son axe.
 Exemples : Schématisation :
II - Etude d’une loupe.
Expérience :
Sur une plaque en bois, mettre une feuille A3. Fixer une épingle avec « tête » (objet) et poser devant, à cinq centimètres,
la loupe. Repérer la position de la loupe par un trait.
(1) Observer l’objet à travers la loupe. Comment apparaît-il ?
(2) Où se trouve l'image donnée par la loupe ? (Indiquer votre prévision)
(3) Pour vérifier votre réponse, déterminer, avec précision, la position d’un point-image en utilisant la méthode
expérimentale de visée (avec les réticules) pratiquée lors du précédent TP.
(4) Tracer le chemin réellement suivi par la lumière entre l'objet et l’œil.
Que subit la lumière entre l’objet et l’œil en traversant la loupe ?
TP de Physique n°13
5 cm
objet
loupe
objet

TP n° 13 2/4
(5) Qu’est-ce qu’une loupe ?
III – Etude d’une lentille convergente.
1ère expérience :
Sur le banc optique, positionner l’objet puis la lentille convergente, notée Lc , très proche de l’objet.
Qu'observez-vous, en vous situant au bout du banc d'optique, quand vous éloignez la lentille de l’objet ?
2ème expérience :
Dans le cas où l’image est renversée, comment déterminer la position précise de l’image en utilisant la méthode des
visées avec un réticule ?
do di
Lentille réticule
- Observer l’image de l’objet à travers le réticule
- Lorsque le réticule n’est pas placé dans le plan de l’image, un léger mouvement latéral de l’œil se traduit par un
déplacement relatif entre l’image et le réticule ; s’il est placé dans le plan de l’image, on n’observe pas ce
déplacement. Donc, pendant qu’un élève déplace petit à petit le réticule sur le banc, un autre se place au bout
du banc et déplace sa tête latéralement, tout en observant l’image à travers le réticule. Lorsqu’on n’observe
plus de déplacement relatif entre le réticule et l’image, même en bougeant la tête, c’est que le réticule se trouve
dans le plan de l’image.
(1) Effectuer différentes mesures de do et di sachant que :
do : distance entre l’objet et la lentille
di : distance entre l’image et la lentille
(2) Montrer qu’on vérifie la relation suivante : 1/do + 1/di = constante
do (m)
di(m)
1/do + 1/d i(m-1)
0,20
0,30
0,40
0,50
(3) La constante déterminée précédemment s’appelle la vergence, notée C. (C est une grandeur caractéristique de la
lentille). Quelle est son unité ?
(4) Calculer f : distance focale image de la lentille, sachant que f = 1/C . f = ……..
(5) A partir de la relation 1/do + 1/di = 1/f (appelée relation de conjugaison), déterminer où se forme l’image lorsque l’objet
est situé à une distance très grande devant la distance focale image de la lentille (on dira alors qu’il est situé à l’infini).
Objet
Banc d’optique

TP n° 13 3/4
3ème expérience :
(1) A l’aide de la lanterne munie du cache comportant plusieurs fentes, déterminer la distance particulière où
convergent les rayons parallèles à l’axe optique de la lentille. Faire un schéma.
(2) Sans modifier le montage précédant, déterminer la position particulière d’une seconde lentille permettant de
rétablir le parallélisme des rayons. Faire un schéma.
(3) Que se passe-t-il pour les rayons passant par le centre de la lentille ?
4ème expérience : Illustration de traces de rayons lumineux avec une lentille sur le logiciel cabri.
IV – Structuration.
1° Principe général de construction d’une image à travers une lentille mince convergente :
(1) Un rayon passant par le centre de la lentille …
(2) Un rayon incident arrivant parallèlement à l’axe …
(3) Un rayon incident passant par le foyer objet …
2° Vergence d’une lentille mince:
3° Relation de conjugaison d’une lentille mince.
4° Grandissement :
C =
 =
O
Objet
F
F’
A
B

TP n° 13 4/4
APPLICATION : CONSTRUCTIONS GRAPHIQUES (à faire après)
1° Construire l’image A’B’ de AB.
2° Vérifier la relation de conjugaison pour les cas 1,3 et 4.
3° Calculer le grandissement pour les cas 1, 2 et 4 .
* Cas n°1 :
O
F
F’
A
B
* Cas n°2 :
O
F
F’
A
B
* Cas n°3 :
O
F
F’
A
B
* Cas n°4 :
O
F
F’
A
B