PC - TP Instruments d`optique

PC - TP Instruments d’optique
Objectifs exp´erimentaux
— D´eterminer le grossissement d’une lunette
— Mod´eliser un microscope et le caract´eriser
Capacit´es travaill´ees :
—´ Eclairer un objet de mani`ere adapt´ee (PCSI)
— Choisir une ou plusieurs lentilles en fonction des contraintes exp´erimentales, et choisir leur focale de fa¸con
raisonn´ee. (PCSI)
— Optimiser la qualit´e d’une image (alignement, limitation des aberrations...) (PCSI)
— Estimer l’ordre de grandeur d’une distance focale. (PCSI)
1 Lunette astronomique
1.1 Pr´esentation
Figure 1 – Une lunette astronomique pour astronome amateur
Une lunette astronomique est un instrument d’optique tr`es utilis´e chez les astronomes amateurs pour observer le
ciel ´etoil´e. Elle permet d’observer des objets lointains qui ne sont pas ou peu visibles `a l’oeil nu.
Dans cette ´etude on s’int´eresse `a une mod´elisation exp´erimentale de la lunette astronomique constitu´ee uniquement
de 2 lentilles :
— Une lentille de longue focale (f′
1= 30 cm) pour r´ealiser l’objectif,
— Une lentille de courte focale (f′
2= 10 cm) pour r´ealiser l’oculaire.
1. Rappeler la disposition des deux lentilles. Pourquoi dit-on que le syst`eme est ”afocal” ?
2. Pour ´etudier la formation de l’image on doit commencer par se doter d’un objet situ´e `a l’infini. Comment peut-on
proc´eder ?
1

PC - TP Instruments d’optique 2
3. On doit ensuite s’assurer que l’image est, elle aussi, `a l’infini. Quel dispositif peut ˆetre construit pour observer
l’image ? Quel syst`eme ce dispositif mod´elise-t-il ?
4. R´ealiser la lunette astronomique, puis repr´esenter l’ensemble du dispositif et tracer la marche d’un rayon
quelconque.
5. Rappeler la d´efinition du grossissement angulaire G. Mesurer le grossissement obtenu avec la lunette ainsi
mod´elis´ee.
6. Comment peut-on pr´evoir la valeur du grossissement `a l’aide des caract´eristiques de la lunette ?
7. On appelle ”cercle oculaire” l’image de l’objectif par l’oculaire.
(a) Montrer que, si f′
1≫f′ 2, le cercle oculaire se trouve situ´e juste derri`ere le plan focal image de l’oculaire.
(b) Exprimer |G|en fonction du diam`etre D1de l’objectif et du diam`etre dCO du cercle oculaire. Application
num´erique.
(c) Citer deux avantages exp´erimentaux d’identifier la position du cercle oculaire.
1.2 Etude d’une lunette r´eelle
On dispose d’une lunette dont on on souhaite d´eterminer le grossissement.
8. Pointer un objet lointain afin de r´egler la lunette de mani`ere afocale.
9. Elaborer et mettre en oeuvre un protocole permettant de d´eterminer le grossissement de la lunette.
2 Microscope
2.1 Mod´elisation
On mod´elise le microscope en utilisant :
— Un objet lumineux AB attach´e `a la lampe
— Une lentille L1de distance focale +10 cm pour r´ealiser l’objectif du microscope
— Une lentille L2de distance focale +30 cm pour r´ealiser l’oculaire du microscope
— Une lentille de distance focale +20 cm associ´ee `a un ´ecran mod´elisera l’oeil de l’observateur.
La distance entre les lentilles objectif et oculaire est constante dans un microscope. On prendra ici O1O2= 90 cm.
10. Apr`es avoir d´etermin´e exp´erimentalement avec pr´ecision les distances focales des lentilles utilis´ees, posi-
tionner les diff´erentes lentilles.
11. O`u doit se situer l’image d´efinitive A′B′pour que l’oeil ne fatigue pas ? En d´eduire la position de l’image
interm´ediaireA1B1
12. D´eplacer l’objet AB pour que cette condition soit r´ealis´ee.
Le grossissement angulaire Gest d´efini par G=α′
αavec α′l’angle sous lequel on voit l’image d´efinitive et αl’angle
sous lequel on voit, `a l’oeil nu, l’objet situ´e `a d= 25 cm.
13. D´eterminer exp´erimentalement la valeur du grossissement angulaire pour le microscope mod´elis´e.
2.2 Etude des caract´eristiques d’un microscope r´eel
A pr´eparer