AE1 : vision et images - Site Gerald VINCENT

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Activités documentaires et expérimentales : vision et images
Activité 1 : Le fonctionnement de l'œil
L'œil est un système optique complexe auquel s'ajoute un capteur, la rétine. Nous allons modéliser le
fonctionnement optique de l'œil humain grâce au matériel du laboratoire : c'est l'œil réduit.
I - L'œil réel
L'œil humain comporte de nombreux éléments aux rôles bien précis. L'iris est la membrane colorée qui donne sa
couleur à nos yeux : en se contractant et se dilatant, elle va moduler la quantité de lumière qui traverse le trou percé en
son centre, la pupille.
La cornée puis le cristallin jouent dans l'œil le rôle de lentille convergente, de façon à former une image sur la rétine.
L'arrière de cette membrane interne de l'œil est tapissé de cellules photosensibles.
Une fois la lumière captée par la rétine, l'information est transmise par le nerf optique au cerveau pour y être
interprétée.
Compléter le schéma du cours avec les mots écrits en gras dans le texte.
 Une simulation de l’œil réel :
Découvrir avec votre professeur le principe de formation des images dans l’œil réel, les défauts de la vue et le rôle
de l’accommodation : http://gerald.vincent.free.fr/animations_flash/instruments/correction.swf
II - L'œil réduit : un modèle optique de l’œil
L'œil réduit est constitué d'un diaphragme accolé à une lentille convergente, associés à un écran où se forme l'image
projetée par la lentille.
Proposer un montage permettant l’étude de l’œil réduit.
Placer la lentille (notée +8 c’est-à-dire +8 dioptries) à 30 cm environ de l'objet.
Former l'image de l'objet lumineux sur l'écran.
Réduire progressivement l’ouverture du diaphragme (différents diaphragmes tenus à la main) et observer.
1) Que peut-on dire de l'image obtenue sur l'écran ?
………………………………………………………………………………………………………………………………..
2) Comment évolue la luminosité de l'image en fonction de l'ouverture du diaphragme ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
3) Diminuer l’ouverture du diaphragme affecte-t-il l'image elle-même c’est-à-dire sa taille, sa position nette ?
…………………………………………………………………………………………………………………………………….……
III – Conclusion de l’activité 1
Associer à chaque élément de l'œil réduit un constituant de l'œil réel et préciser le rôle de chacun.
Œil réduit Œil réel
Lentille Rétine
Diaphragme Cristallin
Ecran Iris
………………………………………….……………………………………………………………………………………………
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Activité 2 : Le trajet des rayons lumineux à travers une lentille convergente
Après les avoir établies, on utilise trois règles de construction pour déterminer la position, la grandeur
et le sens de l'image d'un objet lumineux quelconque par une lentille mince convergente.
I - Les règles de construction
Une lentille est caractérisée par son centre de symétrie 0, appelé centre optique, et une longueur : sa distance
focale notée f ’.
Cette longueur définit deux points particuliers sur l'axe optique de la lentille : le foyer image F' et le foyer objet F
tels que : OF’ = OF = f ’ pour une lentille convergente uniquement car f ’ est une valeur positive pour ce type
de lentille.
Lancer l'animation interactive à l'adresse :
http://gerald.vincent.free.fr/animations_flash/autres/lentille_convergente.swf
Prendre connaissance avec votre professeur des possibilités de cette animation.
1. a. Que devient un rayon lumineux passant par le centre optique 0 de la lentille ?
………………………………………………………………………………………………………………………………………
b. Quelle est la propriété des rayons incidents passant par le point F (foyer objet) ?
………………………………………………………………………………………………………………………………………
c. Comment émerge un rayon lumineux incident parallèle à l'axe optique ?
………………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Expliquer comment déterminer graphiquement l'image d'un objet lumineux en exploitant deux règles de
construction, et en vérifiant le résultat à l'aide d'une troisième règle.
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II - Détermination d’images par tracés de rayons
 Réaliser un schéma comportant une lentille convergente représentée par une double flèche. Sa distance
focale f ’ sera prise égale à 3,0 cm sur la feuille.
Placer un objet AB réel de taille 1,0 cm, donc avant la lentille, à 6,0 cm de la lentille. Déterminer graphiquement
l'image A'B' de AB (schéma 1) en exploitant les trois règles de construction.
 Faire de même pour un objet placé à 4,0 cm avant la lentille (schéma 2), et à 1,0 cm de la lentille (schéma 3).
1) Les trois rayons émergents se croisent-ils en un point unique ? ……………………………………………………..
2) Pour les deux premiers schémas, l'image est-elle dans le même sens que l'objet ? ………………………………
Est-elle plus grande ou plus petite ? ……………………………………………………………………………………..……
3) Les rayons émergents se croisent-ils sur le schéma 3 ? ………………
Les prolonger en pointillés à gauche de la lentille. Cette image « virtuelle » ne peut pas être observée sur un
écran mais est visible à l'œil : est-elle renversée ou droite ? ……………….. agrandie ou réduite que l'objet ?………….
III – Conclusion de l’activité 2
Compléter : * Si l’objet se trouve à gauche de F, son image se forme………………………………………………………
C’est une image (entourez les bonnes réponses) : droite / renversée ; réelle / virtuelle.
* Si l’objet se trouve entre O et F, son image se forme…………………………………………………………
C’est une image (entourez les bonnes réponses) : droite / renversée ; réelle / virtuelle.