Formation d`une image optique par une lentille

Activité 2 - Formation d’une image optique par une lentille convergente
Durée approximative : 1 h 30 min. (Préliminaire = 30 min. ; Construction = 1 h)
Objectif : Au cours de cette séance, l’enseignant tentera de faire émerger les notions suivantes liées
à la pratique des lentilles convergentes :
1) l’influence de la forme d’une lentille (caractère plus ou poins bombé) sur son pouvoir convergent
ainsi que l’expression de ce pouvoir convergent ;
2) les règles de construction de l’image d’un objet par une lentille convergente.
1) Pouvoir convergent
1° question proposée : Deux lentilles convergentes différentes ont-elles la même action sur un
faisceau parallèle de lumière ?
Expérience suggérée :
Matériel : tableau + lentilles magnétiques (2 lentilles convergentes de courbure différente) + lanterne
Observation commune du tableau magnétique, sur lequel on a fixé 2 lentilles convergentes
différemment bombées ; tracé du cheminement de rayons parallèles à l’axe optique.
a) Sur chacun des schémas, on pourra mettre en évidence les éléments caractéristiques d’une
lentille : centre optique O1 et O2, axe optique, foyers (image) F1 et F2.
b) Les élèves seront amenés à comparer les longueurs O1F1 et O2F2.
Quelle est la lentille que l’on peut considérer comme la plus convergente des deux ?
Quelle est la lentille la plus « bombée » des deux ?
2° question proposée : Comment exprimer le caractère plus ou moins convergent d’une lentille
convergente donnée ?
Situation suggérée : On pourra mettre les élèves en situation de choisir, pour une application
donnée, une lentille convergente précise, par exemple à partir d’un document de photographe ou
d’opticien
Échelle des photographes : la distance focale f ;
Échelle des opticiens : la vergence C,
dont il faudra préciser les unités respectives, ainsi que la relation réciproque.
Application envisageable: Faire compléter par les élèves un tableau de du type ci-après (pour des
lentilles disponibles au laboratoire par exemple)
OF (m) : distance focale f
Vergence C en dioptries
Lentille n°1
5

Lentille n°2
0.7
2) Construction de l’image d’un objet par une lentille convergente
Question proposée : À quelle distance de la lentille une image nette d’un objet donné se
forme-t-elle ?
Expérience suggérée :
Matériel : banc d’optique, lanterne (objet), lentilles convergentes et écran ; papier millimétré.
Travail par binôme : chaque binôme choisit une lentille convergente quelconque et place l’objet AB à
une distance d du centre optique (remarque pour le professeur : choisir d > f) ; il est amené à
déterminer, en déplaçant l’écran, la distance d’ du centre optique à laquelle il faut placer l’écran pour
y faire apparaître une image nette A’B’ ; il lui faut effectuer les mesures suivantes :
Caractéristique de la lentille choisie
vergence C = . . . . . distance focale f = . . . . . .
Dimension de l’objet
AB = ………
Distance d entre l’objet AB et la lentille
d = ………………..
Distance d’ entre la lentille et l’écran
d’ = ………………..
Dimension de l’image formée sur l’écran
A’B’ = ……………..
1. Exploitation des mesures correspondant à l’expérience réalisée par chaque binôme
Représentation à l’échelle (échelle horizontale 1/10. ; échelle verticale : 1 cm pour 1 cm).de
l’ensemble objet + lentille + image sur un papier millimétré, d’après les distances et dimensions
notées au cours de l’expérience.
On rappelle pour cette construction que tout rayon issu d’un point-objet émerge de la lentille en
passant par le point-image correspondant.
On demande à chaque binôme de tracer l’axe optique ; de positionner les points A, O (centre
optique), F (foyer-image) et A’, puis de représenter l’objet AB et l’image A’B’ en respectant les
dimensions et les situations observées durant l’expérience (l’image est renversée).
Afin de faire émerger les règles de construction, il faut :
- Tracer le rayon BO, issu de B, incident en O sur la lentille ;
- Tracer le rayon OB’ émergent et passant par l’image B’.

(1)Les élèves sont tous amenés à observer que O,B et B’ sont alignés
- Tracer le rayon BH, parallèle à l’axe optique, issu de B, incident en H sur la lentille ;
- Tracer le rayon HB’, émergent de la lentille et passant par l’image B’.
(2)Les élèves observent que HB’ passe par F.
2. Mise en commun, généralisation : Méthode géométrique de construction de l’image.
La méthode générale est déduite de la construction précédente.
Chaque binôme a effectué une expérience dans des conditions différentes (lentilles différentes,
distance d au choix) et les observations (1) et (2) sont les mêmes : il est légitime de généraliser.
1°) Tout rayon passant par le centre optique O n’est pas dévié
2°) Tout rayon parallèle à l’axe optique émerge en passant par le foyer image F
3. Application
Mettre l’élève en situation d’appliquer les règles de construction qu’il vient de faire émerger et
d’énoncer .
Construction de l’image d’un objet donné AB à travers une lentille convergente (L), dont on donne la
position du foyer (par une information sur sa distance focale ou sa vergence).