Fiche TP n° 3

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FICHE N° 3 Activité
A quoi sert une loupe ?
Objectifs
On se propose, pour commencer cette étude des lentilles convergentes, de partir d’une situation accessible
aux élèves parce que familière : celle de l’utilisation d’une lentille comme loupe.
Les élèves savent bien et peuvent facilement vérifier que si un objet est situé assez près d’une lentille, celle-
ci donne une image droite et agrandie de l’objet. Cependant, interrogés sur les caractéristiques de l’image
observée, les élèves répondent assez fréquemment que la lentille “rapproche l’objet” de l’observateur,
raison pour laquelle il paraît plus gros. Il s’agit donc ici d’amener les élèves à comprendre que le
grossissement de la loupe n’est pas dû à un effet de rapprochement de l’objet mais, qu’au contraire, la
lentille donne ici une image non seulement agrandie mais encore plus éloignée de l’observateur que l’objet
de telle sorte que le diamètre apparent de l’image (grandeur étudiée en classe de seconde) soit supérieur à
celui de l’objet observé du même endroit à l’œil nu. On pense ainsi conduire les élèves à bien différencier
les notions de grandissement et de grossissement.
Cette activité permettra au professeur, par la suite, de présenter le rôle de l’oculaire dans les instruments
d’optique tels que la lunette ou le télescope.
Où se trouve ce qu’on voit à travers une loupe ?
Le professeur présente aux élèves une boite fermée qui contient un objet éclairé qu’on ne peut observer
qu’à travers une lentille (figure ci-après). Il invite les élèves à venir observer l’objet qui est dans la boîte.
La consigne est la suivante :
« Observez l’objet à travers la lentille et, sur le côté de la boite, tracez un trait de crayon à
la profondeur à laquelle vous pensez que l’objet se trouve.
Ensuite, à l’aide de la règle graduée, estimez en centimètres la valeur de la taille de l’objet
que vous observez. »
Les élèves effectuent à tour de rôle leurs estimations. Le professeur ouvre ensuite la boite. Les élèves
constatent alors que l’objet est placé, d’une part, bien plus près de la lentille que ce qu’ils avaient prévus et,
Paroi
translucide
On repère
l'endroit où
l'obj et est vu
à travers la
lentille
Oeil de
l'observateur
Lent ille
Position
réelle
de l'objet

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d’autre part, que la taille réelle de l’objet est bien plus petite que celle qu’ils avaient estimée (cf. figures ci-
dessous)
1
.
Le professeur peut alors conclure que la lentille a donné une image plus grande que l’objet et plus éloignée
de la lentille que celui-ci.
Comment la loupe agit-elle sur la lumière qui la traverse ?
Les élèves travaillent en petits groupes de quatre, sur la situation suivante :
Une loupe
2
est posée sur la table devant un objet (par exemple le cadran d’une montre) de telle sorte que
celui-ci apparaisse agrandi lorsque vous l’observez à travers la lentille. Vous devez déterminer avec
précision sur la table la zone dans laquelle un point P de l’objet (par exemple l’extrémité de la grande
aiguille) est visible à l’œil à travers la lentille.
« Vous en déduirez alors la position du point-image P’ conjugué de P.
Vous décrirez votre méthode en vous aidant d’un schéma et vous indiquerez comment la
lentille de la loupe dévie la lumière issue du point P. »
1
Le montage peut être réalisé facilement avec une boîte à chaussures en découpant dans le couvercle une ouverture
rectangulaire que l’on recouvrira par du papier calque translucide. La lumière peut ainsi entrer dans la boîte et éclairer
l’objet sans que la position de celui-ci soit visible de l’extérieur. Une lentille d’environ 8 à 10 dioptries peut servir de
loupe. L’objet est placé aux environs de 5 cm de la lentille sur un support collé au fond de la boîte.
2
Pour réaliser ces expériences, nous avons utilisé des loupes circulaires d’environ 10 dioptries et de diamètres
relativement grands (5 cm ou plus) qui ont l’avantage de pouvoir tenir posées sur la table en position verticale. Toute
lentille convergente pouvant tenir dans cette position pourra convenir à condition d’avoir un diamètre suffisant pour
permettre les visées.
L'objet vu à travers la lentille
Taille réelle
de l'objet
estimation
de la taille
l'objet
L'image est droite et
agrandie
La lentille

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Commentaire :
L’objectif est ici que les élèves s’inspirent de la méthode utilisée avec le miroir, donc qu’ils repèrent, par
des alignements d’épingles (ou de réticules), les rayons émergeant de la lentille pour les deux positions
extrêmes de l’œil. La solution attendue est donnée, par exemple, par la figure ci-après, dans laquelle P’ est
le point-image conjugué du point-objet P.
L’étude précédente permet de comprendre que P’ est plus éloigné de la lentille que P.
Une étude similaire effectuée sur un deuxième couple de points conjugués, tels que Q et Q’ par exemple,
permet de comprendre que l’image du cadran est plus grande que l’objet.
Conclusion de l’activité :
A la rencontre d’une loupe, il y a rupture de la propagation rectiligne : la lumière est déviée
en la traversant de telle sorte que le faisceau des rayons issus du point-objet P et
rencontrant la lentille s’est refermé. Pour cette raison, la lentille d’une loupe est dite
“convergente”.
La lumière reçue par l’œil de l’observateur (conditionné à la propagation rectiligne) semble
venir de P’ qui est le point-image conjugué de P.
Conséquences : dans les conditions de l’utilisation de la lentille convergente réalisées
dans cette activité,
l’image est plus éloignée de la lentille que l’objet.
l’image est plus grande que l’objet.
Compétences testées (cf. BO N°7 du 31 08 2000)
Compétences expérimentales
 Formuler une hypothèse sur un événement susceptible de se produire ou un paramètre pouvant jouer
un rôle dans un phénomène.
 Faire le schéma d’une expérience.
Compétences transversales
 Décrire une expérience, un phénomène.
 Utiliser le vocabulaire scientifique.
 Rédiger une argumentation.
 Utiliser quelques notions de géométrie.
P
AB
cadran vu
de dessus
P'
image
du cadran
zone de
visibilité de P à travers
la loupe
(contient la lumière
issue de P qui traverse
la lentille)
. .
Q
Q' loupe
oeil

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Références
Fawaz, A., 1985, Image optique et vision : étude exploratoire sur les difficultés des élèves de première au
Liban. Thèse de troisième cycle, Université Paris VII.
Guesne, E., 1985, Contribution à la définition d’un enseignement sur la lumière et l’optique pour des
enfants de 13-14 ans, Thèse de doctorat Université de Paris sud – Orsay.
Guesne, E., 1981, Un modèle qualitatif : la formation des images par une lentille convergente, Bulletin de
l’Union des physiciens, n° 630.
Kaminski, W., 1989, Conceptions des enfants et des autres sur la lumière, Bulletin de l’Union des
physiciens, n° 716, pp. 973-996.
Kaminski, W., 1993, Rayons épinglés ou comment tracer les rayons lumineux en 4ème, Bulletin de l’Union
des physiciens, n° 750, pp. 29-33.
Fawaz, A., et Viennot L., Image optique et vision, Bulletin de l’Union des physiciens, n°686, pp. 1125-
1146.