CHAPITRE. L œil et les instruments optiques CORRIGÉ DES EXERCICES

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1 CHAPITRE L œil et les instruments optiques CORRIGÉ DES EXERCICES

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3 . L œil humain Exercices SECTION.. Quels renseignements l œil envoie-t-il au cerveau? L œil renseigne le cerveau sur la orme, la couleur, la distance et le mouvement des objets qui nous entourent Qui suis-je? a) Je suis à l œil ce que le diaphragme est à l appareil photo. L iris. b) Sans moi, les rayons lumineux ne pourraient pas converger vers la rétine. La cornée. c) Je capte des images sous orme de rayons lumineux et j envoie le tout au cerveau sous orme d impulsions nerveuses. La rétine. d) Je peauine la vision, car je peux m adapter à la distance des objets observés. Le cristallin. e) Je suis la porte d entrée des rayons lumineux. La pupille. ) Je me contracte au soleil et je me détends à l ombre. L iris. 3. Pourquoi les phares d une voiture qu on croise la nuit ont-ils tendance à nous éblouir, alors que les phares allumés de cette même voiture rencontrée le jour nous aectent très peu? Le processus d'adaptation de l'iris permet de laisser entrer plus de lumière dans l'œil lorsque la luminosité est aible, ce qui est le cas au cours de la conduite nocturne. Ce trop-plein de lumière a tendance à nous éblouir. En revanche, le jour, l'intensité des phares s'avère à peu près la même que celle de la lumière ambiante. PHYSIQUE C H A P I T R E CHAPITRE L ŒIL ET LES INSTRUMENTS OPTIQUES EXERCICES 23

4 . Une élève assise au ond de la classe n arrive pas à voir ce qui est écrit au tableau. Selon vous, quel est son problème de vision? Cette élève est probablement myope. 5. Pourquoi une personne sourant de presbytie et ne portant pas de verres correcteurs doit-elle s éloigner d un journal pour le lire? La perte d'élasticité du cristallin entraîne une ormation des images à l'arrière de la rétine. En éloignant l'objet de l'œil, l'image se rapproche de la rétine et devient plus précise. 6. Gabrielle ait du camping avec son père, Alain. Gabrielle est myope, tandis que son père est presbyte et possède des lunettes de lecture. Pour allumer un eu en aisant converger la lumière du Soleil, est-il préérable d utiliser les lunettes de Gabrielle ou celles d Alain? Expliquez votre réponse. Il est préérable d utiliser les lunettes d Alain, car elles sont constituées de lentilles convergentes Observez l illustration suivante. F F a) Quel est le problème de vision de cet œil? Les images se orment devant la rétine : l œil est donc myope. b) Dessinez une lentille correctrice devant cet œil et montrez comment le trajet des rayons principaux est modiié par la présence de cette lentille. F F 2 L OPTIQUE EXERCICES

5 Exercices.2 Quelques instruments optiques SECTION.2 2. La longueur ocale de l objecti d un appareil photo est de 50,0 mm. À quelle distance de la pellicule aut-il placer cet objecti pour photographier, respectivement : a) une personne à 3,00 m?. =? 2. = 3,00 m, soit 3000 mm = 50,0 mm D où =. = 50,0 mm = 50,8 mm 3000 mm 5. Il aut placer l objecti à 50,8 mm de la pellicule. b) une personne à 20,0 m?. =? 2. = 20,0 m, soit mm = 50,0 mm D où =. = 5. Il aut placer l objecti à 50, mm de la pellicule. 50,0 mm = 50, mm mm PHYSIQUE C H A P I T R E CHAPITRE L ŒIL ET LES INSTRUMENTS OPTIQUES EXERCICES 29

6 3 2. Pourquoi dit-on qu un microscope orme une image d une image? Parce qu un microscope est un appareil composé de deux lentilles : l objecti et l oculaire. L objet se trouve très près de l objecti, qui en orme une image intermédiaire réelle et agrandie, située près du oyer de l oculaire. L oculaire prend l image intermédiaire et en orme une image inale virtuelle et agrandie. L oculaire orme donc une image de l image ormée par l objecti a) Qu est-ce qui distingue la onction d un microscope de celle d un télescope? Un microscope sert à voir de petits objets situés très près, tandis qu un télescope sert à voir de gros objets situés très loin. b) Qu est-ce qui distingue la longueur ocale de l objecti d un microscope de celle de l objecti d un télescope? L objecti du microscope a une longueur ocale très courte, tandis que celui du télescope a une longueur ocale très longue.. Quelle est la diérence entre un télescope rélecteur et un télescope réracteur? Un télescope rélecteur utilise un miroir pour réléchir la lumière, tandis qu un télescope réracteur utilise une lentille pour la réracter Le télescope spatial Hubble est doté d un miroir principal dont la longueur ocale est de 2 m. Si ce miroir était sphérique au lieu d être parabolique, quel serait son rayon de courbure? Le rayon de courbure d un miroir sphérique vaut deux ois la longueur ocale. Le rayon de courbure du télescope spatial Hubble serait donc de 8 m. 6. Pourquoi aut-il placer les diapositives à l envers dans un projecteur de diapositives? Parce que cet appareil produit des images inversées. En mettant les diapositives à l envers, on peut donc les voir à l endroit sur l écran. 30 L OPTIQUE EXERCICES

7 3 5 Exercices sur l ensemble du chapitre. La position des images ormées par les lentilles convergentes dépend de la distance entre l objet et la lentille. a) Comment l œil humain arrive-t-il à ormer des images sur la rétine quelle que soit la distance de l objet qu il observe? L œil humain est doté d une lentille, le cristallin, capable de modiier son propre rayon de courbure, ce qui permet de toujours envoyer les images sur la rétine. ENS. CHAP. b) Comment l appareil photo arrive-t-il à ormer des images sur une pellicule ou un capteur numérique quelle que soit la distance de l objet observé? Il est possible d avancer ou de reculer la position de l objecti, ce qui permet d envoyer précisément l image de l objet sur la pellicule ou sur le capteur Remplissez le tableau suivant. Instrument Caractéristiques des images optique Nature Sens Taille Position Œil Réelles Inversées Plus petites Plus près de humain que les objets la cornée que les objets (ou sur la rétine) Microscope Virtuelles Inversées Plus grandes Plus loin de que les objets l objecti que les objets Télescope Virtuelles Inversées Plus petites Plus près de que les objets l objecti que les objets Appareil Réelles Inversées Plus petites Plus près de photo que les objets l objecti que les objets (ou sur la pellicule) Projecteur Réelles Inversées Plus grandes Plus loin de que les objets l objecti que les objets PHYSIQUE C H A P I T R E CHAPITRE L ŒIL ET LES INSTRUMENTS OPTIQUES EXERCICES 33

8 3. La netteté des images ormées par les lentilles convergentes dépend, entre autres, de la quantité de lumière qui atteint l écran. a) Comment l œil humain contrôle-t-il la quantité de lumière qui pénètre dans l œil? En ajustant le diamètre de la pupille par la contraction ou le relâchement de l iris. b) Comment l appareil photo contrôle-t-il la quantité de lumière qui atteint la pellicule ou le capteur électronique? Par l ouverture ou la ermeture du diaphragme de l appareil.. Lequel de ces instruments ressemble le plus à l œil humain : le microscope, le projecteur, l appareil photo ou le télescope? Expliquez votre réponse. L appareil photo. Comme l œil, un appareil photo est une boîte hermétique ayant une ouverture (le diaphragme) et comportant une surace capable de capter les images. De plus, il peut s adapter à la quantité de lumière ambiante et à la distance des objets, tout comme le ait l œil. 5. Une photographe installe un objecti de 200 mm sur son appareil photo, puis prend une photo de la Lune. Si le diamètre de la Lune est de 376 km et que la distance entre la Terre et la Lune est de km, quel sera le diamètre de l image de la Lune sur la pellicule photographique?. h i =? 2. h o = 376 km, soit m = km, soit m = 200 mm, soit 0,200 m D où = h i h o = D où h i = h o. = h i = 0,200 m = 0,2 m 0,2 m m = 0,00 8 m m m 5. Le diamètre de l image de la Lune sur la pellicule photo sera de,8 mm. 3 L OPTIQUE EXERCICES

9 Déis. Une personne lit un journal. Le journal se trouve à 28 cm des yeux de cette personne et la longueur ocale des yeux est alors de 2,7 cm. Quel est le diamètre de l œil de cette personne? (Indice : La ormule des lentilles minces permet d obtenir une approximation suisante de la réponse, et ce, même si l œil n est pas une lentille mince.). =? 2. = 28 cm = 2,7 cm D où =. = 2,7 cm = 3,0 cm 28 cm 5. Le diamètre des yeux de cette personne est de 3,0 cm. 2. Un projecteur doté d un objecti de 20 mm peut recevoir des diapositives dont la taille est de 2 mm sur 36 mm. Si l on place un écran à 6,00 m devant l objecti, quelle sera la taille des images projetées?. h i =? (longueur de l image) h i2 = (largeur de l image) 2. = 20 mm, soit 0,2 m h o = 2 mm, soit 0,02 m (longueur de l objet) h o2 = 36 mm, soit 0,036 m (largeur de l objet) = 6,00 m h i h o D où = = D où h i = h o 5. Les images projetées sur l écran seront de,8 m sur,77 m.. = 0,2 m = 0,22 m d h i = i d h o o 6,00 m 0,22 m 6,00 m = 0,02 m =,8 m d h i2 = i d h o2 o 6,00 m = 0,036 m 0,22 m =,77 m PHYSIQUE C H A P I T R E CHAPITRE L ŒIL ET LES INSTRUMENTS OPTIQUES EXERCICES 35

10 3. L étoile la plus près du système solaire, Proxima du Centaure, se trouve à,22 années-lumière de la Terre. Imaginez qu une civilisation intelligente habite une planète orbitant autour de cette étoile. Si un scientiique de cette planète, par exemple le proesseur Zrgh, désirait examiner le système solaire, quelle devrait être la longueur ocale de l objecti de son télescope pour qu il puisse au moins détecter la planète Jupiter, dont le diamètre est de km? (Indices : Une année-lumière correspond à 960 milliards de km. Les capteurs du proesseur Zrgh ne peuvent pas enregistrer d images dont la taille est inérieure à 800 nm.). =? 2. =,22 années-lumière, soit 3, m h o = km, soit,3 0 8 m h i = 800 nm, soit 8, m D où = + 8, m. = 3, m,3 0 8 m = = 223,2 m, soit 2, m 3, m = 223,2 m + 2, m h i h o = D où = h i h o 5. Pour détecter la planète Jupiter, le proesseur Zrgh devrait disposer d un télescope dont l objecti possède une longueur ocale d au moins 223 m. 36 L OPTIQUE EXERCICES

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