tp n1 oeil et appareil photo 2015 correction

L’œil et l’appareil photo
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Sommaire
IIIb. ÉNONCÉ DESTINÉ AU CANDIDAT ............................................................................................................
1. Choix expérimentaux pour une meilleure précision de mesure (10 minutes conseillées) .................. 4
2. Mise en place du dispositif expérimental et mesure de la distance lentille image OA'
(10 minutes conseillées) ..................................................................................... Erreur ! Signet non défini.
3. Détermination de la distance focale de la lentille et de son incertitude (30 minutes conseillées)Erreur !
Signet non défini.
4. Retour sur le texte d’introduction (10 minutes conseillées) ................................................................ 6
V . GRILLE D’ÉVALUATION ............................................................................................................................. 9

L’œil et l’appareil photo
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NOM :
Prénom :
Ce sujet comporte 5 feuilles individuelles sur lesquelles le candidat doit consigner ses réponses.
Le candidat doit restituer ce document avant de sortir de la salle d'examen.
Le candidat doit agir en autonomie et faire preuve d’initiative tout au long de l’épreuve.
En cas de difficulté, le candidat peut solliciter le professeur afin de lui permettre de continuer la tâche.
Le professeur peut intervenir à tout moment, s’il le juge utile.
L’utilisation de la calculatrice est autorisée.
CONTEXTE DU SUJET
L’écran de l’appareil photo reproduit ce que voient nos yeux. Certains photographes considèrent leur appareil
photo comme leur 3ème œil.
Grâce à son cristallin, l’œil qui capte l’information visuelle sur sa rétine et le cerveau traite et stocke l’information
captée. De même, grâce à une lentille convergente, l’appareil photo numérique capte l’information visuelle sur un
écran, constitué de capteurs de lumière CCD (Chargé de « capter » l’image) qui la convertisse en signal électrique
qui est stocké dans une mémoire (carte ou disquette située dans l’appareil).
Cependant, comment fait-on pour obtenir une image nette avec un appareil photo ? Pourquoi parle-t-on de
mise au point alors que pour l’œil nous parlons d’accommodation ? Fonctionnent-t-ils de la même
manière ?

L’œil et l’appareil photo
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Schéma en coupe de l’œil réel
simplifié.
Document 1: l’œil un modèle pour l’appareil photo
L’œil réel et l’œil réduit
L’œil est un système optique complexe auquel s’ajoute un capteur, la rétine.
L’iris est la membrane colorée qui donne sa couleur à nos yeux ; en se
contractant et en se dilatant, elle va moduler la quantité de lumière qui traverse
le trou percé en son centre, la pupille. Grâce à son cristallin, l’œil forme une
image sur sa rétine et le cerveau traite et stocke l’information captée. En effet
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.
Document 2 : la mise au point d’un appareil photographique
L’appareil photo est, comme pour l’œil, modélisé par une lentille convergente, un diaphragme et un film ou un
capteur.
Sur un appareil photographique, il est nécessaire de régler la distance lentille-pellicule quand la distance objet -
lentille varie : c'est le rôle de la mise au point.
Document 3 : les affirmations du professeur Tridiop
Le professeur Tridiop a réalisé des recherches sur les lentilles convergentes :
Voilà quelques une de ses affirmations :
I. Etude quantitative :
«Il est à noter que l'image se forme à une distance très
précise de la lentille. La position de l’image donnée par
une lentille convergente dépend d’une part de la lentille
utilisée (plus exactement de la distance focale f’ de
celle-ci) et d'autre part de la position de l’objet.
En effet, pour une distance objet-lentille fixée, plus la
distance focale de la lentille est grande plus l'image se
forme loin de la lentille.
Et Pour une distance focale fixée, plus on augmente la
distance objet-lentille, plus l'image se forme près de la
lentille"

L’œil et l’appareil photo
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TRAVAIL À EFFECTUER
1. Choix expérimentaux afin de réaliser l’œil réduit(10 minutes conseillées)
L’objectif ici est de modéliser le fonctionnement de l’œil à l’aide du matériel du laboratoire : l’œil réduit.
Matériel à disposition afin de réaliser l’œil réduit:
- Banc d’optique
- Lanterne lumineuse munie d’un objet F
- Lentille convergente de distance focale égale à 12,5cm ( C= 1/f’= 1/0,125= 8)
- Diaphragme
- Ecran
En vous aidant du document 1 et du matériel
mis à disposition, compléter le tableau en
associant chaque élément de l’œil réel à un
élément de l’œil réduit.
2. Mise en place du dispositif expérimental.
Réaliser maintenant l’œil réduit. Placer l’objet loin de la lentille (à environ 30 cm) et déplacer l’écran de manière à
obtenir sur ce dernier une image nette. On trouve pour OA = -30cm 21cm <OA’<24cm et a = 1,5 cm
Compléter la Conclusion : 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.
APPEL n°1
Appeler le professeur pour lui présenter les réponses
ou en cas de difficulté
3. La mise au point de l’appareil photo
Matériel à disposition :
- Différentes lentilles convergentes
- Banc d’optique gradué
- Objet plan
- Ecran blanc
3.1.1 Réaliser le modèle de l’appareil photo décrit dans le document 2.
Placer l’objet à 100 cm d’une lentille convergente de distance focale f= 12,5 cm. Former, sur l’écran une image
nette de cet objet.
3.1.2 Mesurer la distance lentille-image avec son incertitude.
Pour OA= -100cm on trouve 12cm<OA’<14cm avec a = 1cm
Exemple de mesure : classe de positions x pour la mise au point d’une image sur un banc d’optique
xmin < x < xmax ; demi-largeur : a  (xmax xmin)/2
3.2 .1 Rapprocher l’objet à une distance de 20 cm de la lentille. L’image sur l’écran devient floue.
Pour cette nouvelle position de l’objet en vous aidant du document 2, réaliser une mise au point.
3.2.2 Précisez la grandeur physique modifiée et indiquer la nouvelle valeur obtenue avec son incertitude.
On déplace l’écran afin de retrouver où se trouve l’image nette.
Œil réel
Œil réduit
Cristallin
Lentille convergente
Iris
Diaphragme
Pupille
Diaphragme
Rétine
Ecran

L’œil et l’appareil photo
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Avec OA=-20cm on trouve 35cm<OA’<45cm avec a= 5cm
3.2.3 Quelle affirmation est validée dans le document 3.
La position de l’image donnée par une lentille convergente dépend d’une part de la position de l’objet.
Pour une distance focale fixée, plus on augmente la distance objet-lentille, plus l'image se forme près de la lentille"
APPEL n°2
Appeler le professeur pour lui présenter les réponses
ou en cas de difficulté
4. L’accommodation de l’œil
Matériel à disposition :
- Différentes lentilles convergentes
- Banc d’optique gradué
- Objet plan
- Ecran blanc
4.1 Réaliser le modèle de l’œil réduit décrit dans le document 1.
Réaliser la même expérience que précédemment :
Placer l’objet à 100 cm d’une lentille convergente de distance focale f= 10 cm. Former, sur l’écran une image nette
de cet objet.
Rapprocher l’objet à une distance de 20 cm de la lentille. L’image sur l’écran devient floue.
4.2 D’après le document 1 est-il possible de modifier la distance cristallin-rétine ?
Il n’est pas possible de modifier la distance cristallin-rétine.
4.3 Pour obtenir sur la rétine une image nette d’un objet proche, l’œil s’accommode. L’action des muscles ciliaires
a pour effet de bomber le cristallin, lentille convergente de l’œil réduit. Quel paramètre est alors modifié ?
En se bombant le cristallin, lentille convergente de l’œil, change sa vergence C afin de ramener l’image sur la
rétine.
APPEL n°3
Appeler le professeur pour lui présenter les réponses
ou en cas de difficulté
4.4 Pour cette nouvelle position de l’objet, réaliser l’accommodation de l’œil réduit.
4.5 Indiquer la nouvelle valeur de la grandeur physique modifiée. On donnera son incertitude.
Pour OA=-20cm et OA’=14cm on utilise une lentille de vergence C= 12
3.6 Quelle affirmation est validée dans le document 3.
La position de l’image donnée par une lentille convergente dépend d’une part de la lentille utilisée (plus
exactement de la distance focale f’ de celle-ci).
En effet, pour une distance objet-lentille fixée, plus la distance focale de la lentille est grande plus l'image se forme
loin de la lentille.