Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Eric DAINI – Lycée Paul Cézanne – Aix en Provence © http://labotp.org Eric DAIN

Eric DAINI – Lycée Paul Cézanne – Aix en Provence © http://labotp.org Eric DAINI – Lycée Paul Cézanne – Aix en Provence © http://labotp.org TP Opt n° 1 Image formée par une lentille mince convergente Objectifs: - Déterminer la position et la taille d'une image donnée par une lentille mince convergente. - Connaître et appliquer les formules de conjugaison et de grandissement. I. LENTILLE MINCE CONVERGENTE 1) Définitions et schématisation  Une lentille est un milieu …………………… constitué de verre ou de matière plastique et délimité par deux ………………………………...  Une lentille mince …………………. est plus ……….. au ………… que sur les ………………... Une lentille mince convergente est caractérisée: - par un ……………………… O, - un ………………………….., - un ………………………….. F - un ……………………. F ' ……………………. de F par rapport à O.  Le symbole indique les deux sens positifs choisis par convention sur les axes horizontal et vertical. Dans toutes les constructions à venir la lumière se propagera de la gauche vers la droite dans le sens positif horizontal. Le sens de propagation choisi impose le signe des valeurs algébriques suivantes: ' OF > 0 et OF < 0. 2) Propriétés d'une lentille mince convergente a) Observer les expériences n°1 , n°2 et n°3 puis compléter la marche des rayons lumineux sur les trois schémas ci- contre. b) Ecrire et encadrer une phrase de conclusion pour chacune des trois expériences. 3) Distance focale et vergence  Distance focale f ' d'une lentille: f ' = ' OF (par convention f ' > 0 ).  Vergence C d'une lentille : C = 1 f ' avec C en dioptrie () si f ' en mètre (m). a) Calculer la vergence d'une lentille convergente de distance focale f ' = 200 mm. b) Calculer la distance focale d'une lentille convergente de vergence 8,0 . + Expérience n°1 F ' F + Expérience n°2 Expérience n°3 O Lentille mince convergente O F F' Axe optique + Schématisation d'une lentille mince convergente O F F' Eric DAINI – Lycée Paul Cézanne – Aix en Provence © http://labotp.org Eric DAINI – Lycée Paul Cézanne – Aix en Provence © http://labotp.org II. IMAGE D'UN OBJET DONNÉE PAR UNE LENTILLE CONVERGENTE 1) Recherche d'une image donnée par une lentille mince (cas OA > f ')  L'objet est la lettre P: il est éclairé par la lampe. On note A la position de l'objet sur le banc optique. La position de la lentille est repérée par le point O: sa distance focale est f ' = 200 mm. On cherche l'image de l'objet P donnée par la lentille sur un écran. La position de l'image est notée A' sur le banc optique.  Positionner le support de la lampe sur la graduation 8 cm du banc optique: dans ce cas l'objet est placée sur la graduation 20 cm.  Placer la lentille à 50 cm de l'objet (OA = 50 cm) et rechercher une image nette en déplaçant l'écran. Compléter la colonne correspondante du tableau ci-après.  Faire de même pour OA = 40 cm et OA = 30 cm. Distance OA 50 cm 40 cm 30 cm Distance OA' Taille de l'image par rapport à l'objet Sens de l'image par rapport à l'objet a) Comment varie OA' lorsque OA diminue ? Comment varie alors la taille de l'image par rapport à celle de l'objet ?  Masquer une partie de la lentille avec une feuille et observer l'image. b) A-t-on la totalité de l'image sur l'écran ? Que peut-on dire de la luminosité de l'image lorsqu'on masque une partie de la lentille ? 2) Etude du cas d'une loupe (cas OA < f ')  Placer la lentille à 15 cm de l'objet. a) Pouvez-vous former une image sur l'écran ?  On peut observer l'image en regardant l'objet P à travers la lentille. b) L'image se forme-t-elle avant ou après la lentille ? Quels sont son sens et sa taille par rapport à l'objet ?  Remarque: lorsque l'image est située après la lentille, l'image est appelée image réelle et on peut la former sur un écran. Si l'image est située avant la lentille, l'image est appelée image virtuelle et on ne peut pas la former sur un écran. III. CONSTRUCTION GRAPHIQUE DE L'IMAGE DONNÉE PAR UNE LENTILLE MINCE 1) Définitions  Point objet: point situé à l'intersection des rayons incidents ou de leurs prolongements.  Point image: point situé à l'intersection des rayons émergents ou de leurs prolongements. 2) Cas d'un objet à distance finie de la lentille  Sur la dernière feuille du TP, on considère un objet AB dont le point A est situé sur l'axe optique. Déterminer graphiquement la position de l'image A'B' de l'objet AB par la lentille convergente dans les cas suivants: a) OA > 2  f ' b) OA = 2  f ' c) OA = f ' d) OA < f ' Point objet A Point image A' écran Lentille: f ' = 200 mm objet lampe Banc optique O A' A Eric DAINI – Lycée Paul Cézanne – Aix en Provence © http://labotp.org Eric DAINI – Lycée Paul Cézanne – Aix en Provence © http://labotp.org 3) Cas d'un objet situé à l'infini  L'objet AB est placé à gauche "à l'infini": on suppose alors que les rayons issus du point B arrivent tous parallèles entre- eux donc inclinés d'un même angle par rapport à l'axe optique. Construire et caractériser l'image A'B'. 4) Cas d'un faisceau lumineux issu de B Sur le schéma du 2.a) , construire la marche d'un faisceau lumineux issu de B et couvrant la lentille du bord supérieur au bord inférieur. IV. RELATION DE CONJUGAISON ET RELATION DE GRANDISSEMENT 1) Relation de conjugaison  Une lentille de centre optique O et de distance focale f ' donne d'un point objet A situé sur l'axe optique un point image A ' , conjugué de A, dont la position sur l'axe est donné par la relation de conjugaison: 1 1 1 f ' OA' OA   OA ' et OA sont les mesures algébriques des distances OA' et OA. Donc OA ' et OA sont affectées d'un signe. 2) Relation de grandissement  Le grandissement  de l'image par rapport à l'objet est défini par :  = A 'B' OA ' AB OA  3) Applications a) Avec la lentille de distance focale f ' = 20,0 cm, calculer la position OA ' de l'image d'un objet situé à 30,0 cm à gauche de la lentille. b) Calculer la taille A'B' de l'image. c) Vérifier expérimentalement les valeurs de vos calculs. d) Reprendre les calculs dans le cas où l'objet est situé à 15,0 cm à gauche de la lentille. e) Etudier le cas où l'objet est à l'infini ( OA  - ) et celui pour lequel l'objet est dans le plan focal objet de la lentille. V. LES CONDITIONS DE GAUSS POUR OBTENIR UNE IMAGE DE QUALITÉ  On obtient une image de qualité, si à chaque point objet correspond un point image. La lentille est alors utilisée " dans les conditions de Gauss".  Expérience prof 1: (banc optique, lentille 200 mm , diaphragme moyen). Placer la lentille à 40,0 cm de l'objet. Former l'image nette de l'objet P sur l'écran puis reculer légèrement l’écran pour avoir une image à peine floue. Ajouter le diaphragme et observer. 1) Noter vos observations. (Faire un dessin). 2) Quelle propriété doit avoir le faisceau lumineux pour donner d'un objet une image nette ? (1ère condition de Gauss)  Expérience prof 2: (banc optique, lentille 200 mm, objet P, écran) Former l'image de l'objet P sur un écran et faire pivoter légèrement la lentille au tour de son axe. 3) Noter vos observations. (Faire un dessin). 4) Quelle propriété doit avoir le faisceau lumineux pour donner d'un objet une image nette ? (2nde condition de Gauss). Eric DAINI – Lycée Paul Cézanne – Aix en Provence © http://labotp.org Eric DAINI – Lycée Paul Cézanne – Aix en Provence © http://labotp.org Cas OA > 2 f ' Cas OA = 2  f ' Cas OA = f ' Cas OA < f ' Cas objet à l'infini: O A B F F' + O F F' A B + O F F' A B + O F F' A B + A à l'infini sur l'axe optique O F F' + uploads/s3/ 01-physpe.pdf