LES LENTILLES : PROPRIETES OPTIQUES ET UTILISATION

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Camille Paré
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1 OBSERVATION PREPARATOIRE (avec le prof) 1 POINT FOCAL A l'aide d'une maquette, on observe la trajectoire d'un rayon lumineux à travers une lentille cylindrique (i.e. comprise entre de deux morceaux de cylindre). Le phénomène observé ici est similaire à celui observé à travers une lentille sphérique (i.e. comprise entre deux morceaux de sphères) nota on appelle axe optique l'axe perpendiculaire au plan moyen de la lentille en son centre. - rayon passant par le centre de la lentille : -Rayon parallèle à l'axe optique et à proximité du centre : Définitions : On appelle lentille convexe On appelle lentille concave On appelle point focal On appelle distance focale On appelle Vergence Propriété : f = 1 / Vergence "Objet à l'infini" Quand un objet est très loin de la lentille, les rayons lumineux provenant d'un même point de cet objet arrivent presque parallèles entre eux. Ils convergent alors tous dans le plan focal Mac>Lycée>1 L>PH 01 lentilles Page : 1

- rayon passant par le centre de la lentille : -Rayon parallèle à l'axe optique et à proximité du centre : Définitions : On appelle lentille convexe On appelle lentille concave On appelle point focal

2 TRAVAUX PRATIQUES 2 FORMATION D'UNE IMAGE SUR UN ECRAN, POSITION DE L'IMAGE 2.1 Dispositif expérimental (représenter ici le dispositif utilisé) 2.2 Protocole expérimental L'objet dont on veut réaliser l'image est une fente lumineuse représentant la lettre F. On place l'objet et la lentille sur deux positions fixes sur le rail, à environ cm l'un de l'autre. On ne les déplacera plus pendant toutes les actions de ce paragraphe 1. -> préparer trois lentilles convexes différentes -> placer la moins bombée des lentilles dans le support à lentilles -> placer l'écran sur le rail et chercher la position de l'écran permettant d'obtenir l'image la plus nette. Relever la distance D i qui sépare alors l'image (l'écran) de la lentille. -> sans déplacer le support de lentille ni l'objet, répéter la mesure ci-dessus pour des lentilles de plus en plus bombées Mesures lentille la moins bombée l'intermédiaire la plus bombée D i 2.3 Conclusion Mac>Lycée>1 L>PH 01 lentilles Page : 2

On place l'objet et la lentille sur deux positions fixes sur le rail, à environ cm l'un de l'autre. On ne les déplacera plus pendant toutes les actions de ce paragraphe 1.

3 3 FORMATION D'UNE IMAGE SUR UN ECRAN FIXE 3.1 Dispositif expérimental Nous utiliserons le même dispositif qu'au paragraphe 1 ci-dessus. 3.2 Protocole expérimental L'objet dont on veut réaliser l'image est toujours la fente lumineuse représentant la lettre F. On place l'écran et la lentille sur deux positions fixes sur le rail. On ne les déplacera plus pendant toutes les actions de ce paragraphe 2. -> préparer trois lentilles convexes différentes -> placer la moins bombée des lentilles dans le support à lentilles -> placer l'objet sur le rail et chercher la position de l'objet permettant d'obtenir l'image la plus nette sur l'écran. Relever la distance D o qui sépare alors l'objet de la lentille. -> sans déplacer le support de lentille ni l'écran, répéter la mesure ci-dessus pour des lentilles de plus en plus bombées. Mesures lentille la moins bombée l'intermédiaire la plus bombée D i 3.3 Conclusion 4 RECHERCHE DU PLAN FOCAL 4.1 Dispositif expérimental Nous utiliserons le même dispositif qu'aux paragraphes 1 et 2 ci-dessus. Nous utiliserons une seule lentille de vergence connue (dans notre labo, elle est généralement indiquée sur la lentille) 4.2 Protocole expérimental Placer l'objet à une extrémité du rail, placer l'écran à l'autre extrémité. Déplacer la lentille depuis l'écran jusqu'à obtenir l'image la plus nette. Mesurer la distance Di. Vérifier si D i = 1 V D i = m V = Mac>Lycée>1 L>PH 01 lentilles Page : 3

-> préparer trois lentilles convexes différentes -> placer la moins bombée des lentilles dans le support à lentilles -> placer l'objet sur le rail et chercher la position de l'objet permettant

4 6 SYNTHESE 6.1 Construction d'une image optique (lentille convergente) Nous avons observé lors des travaux pratiques deux phénomènes qui suffisent à eux seuls à construire l'image donnée d'un objet par une lentille : - tout rayon passant par le centre optique de la lentille - tout rayon arrivant parallèlement à l'axe optique Schéma : Centre optique Foyer 6.2 Principales caractéristiques d'une lentille L'axe normal (=perpendiculaire) au plan moyen de la lentille est appelé axe optique Il existe, proche du centre géométrique de la lentille (très exactement en son centre géométrique pour une lentille symétrique) un point particulier appelé centre optique. Un rayon passant par le centre optique n'est pas dévié. Tous les rayons parallèles à l'axe optique sont déviés et croisent l'axe optique en un même point appelé foyer de la lentille. La distance focale est la distance entre le foyer de la lentille et son centre optique. Elle se mesure en mètres et on la note généralement f (elle est souvent exprimée en mm). On appelle vergence de la lentille, habituellement notée C, la grandeur : C = 1 f Cette grandeur s'exprime en m -1, c'est à dire en Dioptrie (d) Mac>Lycée>1 L>PH 01 lentilles Page : 4

lentille : - tout rayon passant par le centre optique de la lentille - tout rayon arrivant parallèlement à l'axe optique Schéma : Centre optique Foyer 6.

5 6.3 Existence de deux foyers De même qu'il existe un foyer image (voir ci-dessus), il existe un foyer objet : Propriété : Tout rayon provenant du foyer objet sort de la lentille parallèle à l'axe optique. 7 LENTILLES DIVERGENTES On a vu qu'une lentille convergente concentre la lumière d'un faisceau parallèle à son axe optique en un point appelé foyer. Un faisceau de lumière rectiligne frappant une lentille divergente en ressort sous forme d'un faisceau divergent (d'où le nom de la lentille). Hors programme : La lumière semble alors sortir d'un point unique, situé en amont de la lentille, également appelé foyer de la lentille. Intérêt : la composition de deux lentilles (convergente + divergente) permet d'obtenir une image grossie et non renversée d'un objet très lointain ou situé à l'infini : Mac>Lycée>1 L>PH 01 lentilles Page : 5

Un faisceau de lumière rectiligne frappant une lentille divergente en ressort sous forme d'un faisceau divergent (d'où le nom de la lentille).

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