Première S Chapitre 12. Images formées par les systèmes optiques. I. Image donnée par un miroir. II. Images données par une lentille convergente

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1 Première S Chapitre mages formées par les systèmes optiques.. mage donnée par un miroir.. Lois de la réflexion Soit un rayon lumineux issu dun point lumineux S et qui rencontre en le miroir plan M. l donne, par réflexion, le rayon lumineux R. Le rayon S est le rayon incident ; le point est le point dincidence ; le rayon R est le rayon réfléchi. Le plan P formé par le rayon incident S et la normale N, menée en au plan du miroir, est le plan dincidence. Langle i, du rayon incident et de la normale, est langle dincidence. Langle r, du rayon réfléchi et de la normale, est langle de réflexion. Première loi de la réflexion : Le rayon réfléchi est dans le plan dincidence défini par le rayon incident et la normale au point dincidence. Seconde loi de la réflexion : Langle de réflexion est égal à langle dincidence r = i. Construction de l image donnée par un miroir. Voir TP et Visualiser le power point «miroir». Tracer le symétrique de par rapport au miroir : correspond à la position imaginée par notre de l œil de l image. Tracer le rayon allant de a à. Tracer le rayon suivit par la lumière. mages données par une lentille convergente. Les lentilles. Une lentille est un milieu transparent limité par deux calottes sphériques (ou par une calotte sphérique et un plan). La lentille est dite mince quand son épaisseur, mesurée sur laxe principal, est très petite comparée aux rayons de courbure des calottes. n distingue les lentilles à bord mince (lentilles convergentes) et les lentilles à bord épais (lentilles divergentes). lentilles convergentes lentilles divergentes S i N r R M P Comment distinguer les types de lentilles? - Les lentilles convergentes : Un faisceau de lumière ressort de la lentille en convergeant. Les bords de la lentille sont plus fins que le centre.

2 - les lentilles divergentes : Un faisceau de lumière ressort de la lentille en convergeant. Les bords de la lentille sont plus fins que le centre. Lentille divergent Lentille convergente. Eléments géométriques d une lentille mince convergente Le centre optique : Une lentille possède un centre optique. Tout rayon passant par le centre optique n est pas dévié. Le foyer image : = f distance focale rayons lumineux parallèles foyer principal image axe optique plan focal image (perpendiculaire à l axe optique) foyer secondaire Le foyer objet : foyer principal objet = f = - rayons lumineux parallèles plan focal objet (perpendiculaire à l axe optique) foyer secondaire objet

3 3. Construction géométrique des images Soit un objet contenu dans un plan de front, le point objet étant sur laxe principal. Limage cherchée,, est, comme lobjet, perpendiculaire à laxe principal. De plus, son extrémité est sur cet axe puisque le rayon, porté par laxe, traverse la lentille sans subir de déviation. l suffit donc de déterminer limage de lautre extrémité de lobjet, cest-à-dire de trouver le point où se coupent les supports de tous les rayons émergents qui proviennent de. Deux de ces rayons suffisent à la construction, et il est tout indiqué de les choisir parmi ceux dont on connaît déjà la marche : Le rayon qui traverse la lentille sans être dévié Le rayon, parallèle à laxe principal, qui émerge en passant par le foyer principal titre de vérification, on peut encore tracer un troisième rayon, celui qui, passant par le foyer principal objet, émerge parallèlement à laxe principal. l doit couper les deux autres en. 4. Utilisation de la relation de conjugaison. Les distances sont algébrisées : on prend comme sens positif le sens : gauche droite. Relation de conjugaison des lentilles minces convergentes : et f sont négatifs est positif Relation de grandissement des lentilles minces convergentes : = γ = Exemple : u cours dune séance de travaux pratiques un élève dispose du matériel suivant : - un banc doptique ; - un objet lumineux de hauteur 0,5 cm ; - un écran ; - une lentille mince convergente L de distance focale f = 5 cm La consigne reçue par l élève est la suivante : "Placer l objet lumineux à 6 cm devant la lentille L et observer limage nette sur lécran. Noter la position de limage, sa taille et calculer le grandissement de lobjectif. " En utilisant la relation de conjugaison et celle du grandissement, calculer la position et la taille de limage ainsi que le grandissement γ de l objectif. La distance de l image au centre optique de la lentille : = soit = + Lobjet est situé à 6 cm devant la lentille L donc = 0,06 m et = f = 0,05 m. = 0,05 0,06 = 0,3 m

4 Le grandissement γ de lobjectif L : γ = = La taille de limage : γ = = 0,3 0,06 = 5 soit = = γ. = 5 0,5 =,5 cm. Des exemples d appareil optique.. La loupe Lemploi dune loupe présente l avantage de faire voir un petit objet sous un angle plus grand quà l œil nu. Une loupe est une lentille convergente de petite distance focale (de à 0 cm en général). En plaçant lobjet entre la loupe et son plan focal objet, on obtient une image droite et agrandie que œi peut observer en se plaçant sur le trajet de la lumière émergente.. Le microscope. objectif oculaire L objectif est une lentille de faible diamètre et de très petite distance focale (quelques mm). L oculaire joue le rôle de loupe dans l examen de l image. La distance fixe = s appelle la longueur optique du microscope. Elle est voisine de 6 cm dans tous les microscopes modernes. Le cercle oculaire et la position de l œil C D

5 pupille C D Tous les rayons lumineux issus de l objet et qui traversent le microscope passent, à la sortie, à l intérieur d un cercle de diamètre CD que l on appelle le cercle oculaire. Le grossissement Pour un microscope, on peut le définir par le rapport du diamètre apparent de l image finale au diamètre apparent de l objet observé à l œil nu à la distance minimale de vision distincte (appelée punctum proximum noté d m ). Dans le cas de la vision à l infini :.d m G = f.f Exemple numérique = 6 cm f = mm f =,5 cm d m = 0,5 m pour un œil normal G 6.0.0,5 = = ,5.0 travers ce microscope un objet serait vu, sans accommoder, sous un angle 800 fois plus grand

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