Modélisation d`un microscope

TP n°4 Physique
Partie A : Produire des images, observer
Classe : Spéc.
La lunette
I/ Description
Objectif : système convergent de très grande distance focale (de l’ordre
du mètre) et de grand diamètre.
Oculaire : système convergent de courte distance focale (de l’ordre du
centimètre) jouant le rôle de loupe.
II/ Modélisation
L’objectif et l’oculaire sont des ensembles composés de plusieurs lentilles. Néanmoins, la lunette astronomique
peut être modélisée par un ensemble de deux lentilles minces convergentes, l’une représentant l’objectif et
l’autre l’oculaire. La mise au point s’effectue par un léger déplacement de l’oculaire par rapport à l’objectif. Pour
un objet considéré à l’infini (planètes, étoiles,…) l’oculaire (L2) sera placé de telle sorte que son foyer objet
corresponde au foyer image de l’objectif (L1).
Définition : Une lunette est afocale si elle donne d’un objet à l’infini une image à l’infini, c'est-à-dire si le foyer
image de l’objectif et le foyer objet de l’oculaire sont confondus.
III/ Comment créer un objet à l’infini ?
- Placer une source lumineuse à l’extrémité gauche du banc d’optique puis, à quelques centimètres
devant, placer une diapo de carton noire
percée de trous pour simuler le ciel étoilé.
C0 est un trou (étoile) permettant
de briser la symétrie de l’objet A0B0
A0B0 = 2,0 mm
- Placer la lentille L0 de vergence 10,0  de façon à obtenir une image des trous à l’infini.
- Préciser comment placer cette lentille par rapport à la feuille cartonnée.
- Construire l’image A et B des trous A0 et B0.
- Que sont les points A et B pour la lentille L1 ?
lampe +
condenseur
Lunette
Lentille L1
Objectif
Lentille L2
Oculaire
Diapo +
trous
F’1
F2
F1
F’2
Lentille L1
Objectif
Lentille L2
Oculaire
O1
O2
Lumière
d’étoiles
L0
Objectif
Oculaire
Mise au point
Trépied
Monture
équatoriale
Créer un objet
à l’infini
Carton troué
A0
B0
F’
A0
B0
C0

TP n°4 Physique
Partie A : Produire des images, observer
Classe : Spéc.
IV/ Manipulation
- Placer l’objectif L1 de vergence 2,0  à dix centimètres environ de la lentille L0.
- Placer l’oculaire L2 de vergence 20,0  sur le banc de manière à ce que la lunette soit afocale.
- Placer un écran translucide sur le banc pour observer l’image intermédiaire (image de L1). Noter la
distance Ecran-L1. A quelle distance de L2 se trouve alors l’écran ? En déduire la position de l’image
définitive A’B’.
- Mesurer la taille de l’image A1B1 sur l’écran. L’image est-elle droite ou renversée ?
- Retirer l’écran et régler le générateur de lumière sur 4 V puis observer les trous à travers l’oculaire.
L’image définitive est-elle droite ou renversée ?
V/ Grossissement de la lunette afocale
- Reproduire sur feuille de papier millimétré l’objet A0B0, les trois lentilles L0, L1 et L2 et les images
successives AB, A1B1 et A’B’.
Echelle : axe [Ox) : 1/5
axe [Oy) : 1
- Comparer la longueur A1B1 construite avec celle mesurée lors de la manipulation.
- Soit ’ l’angle sous lequel on voit l’image A’B’ à travers la lunette et l’angle sous lequel on voit
l’objet AB à l’œil nu. Placer les angles et ’ sur le schéma.
- Calculer ces angles et en déduire le grossissement
'
G
- Montrer que
''
2
1
f
f
G
et comparer cette valeur à celle calculée précédemment.
- Que devient le grossissement si on remplace L2 par une lentille de vergence 50  ?
VI/ Cercle oculaire
On appelle cercle oculaire l’image donnée par l’oculaire de la monture de l’objectif.
- Construire le cercle oculaire E’F’
- Calculer sa position par rapport à O2.
- Retrouver mathématiquement l’expression de son diamètre D.
Conclusion :
Le cercle oculaire est l’image de l’objectif donnée par l’oculaire. C’est à cet endroit qu’il faut placer la pupille de
l’œil pour recevoir le maximum de lumière.
- A l’aide d’une lentille convergente, d’un diaphragme et d’un écran plat, placer correctement un œil modélisé
sur le schéma ci-dessus, en précisant le rôle joué par chacune des pièces du modèle de l’œil.
L2
L1
F
E