TS Nom :... Coéquipier :... Enseignement de spécialité MICROSCOPE

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1 TS Nom :... Coéquipier :... Enseignement de spécialité MICROSCOPE But Étude du modèle d un microscope sur le banc d optique et du grossissement standard du microscope. Le principe du microscope est d'observer à la loupe (oculaire) l'image agrandie A'B' d'un objet AB donné par l'objectif. L'oculaire donne une image virtuelle A"B". 1. Microscope schématique 1.1. Schéma de principe Un petit objet est placé devant l objectif à une distance un peu supérieure à la distance focale de l objectif. L observation s effectue à travers l oculaire. La vision de repos de l œil normal est à l infini, aussi il est préférable de régler l instrument pour cette vision, on évite ainsi la fatigue de l accommodation de l œil. On se place dans le cas d'une observation à l'infini (l image définitive se forme à l infini). Questions : En utilisant la formule de conjugaison, montrer que l'image intermédiaire A' donnée par l'objectif doit se trouver au foyer objet de l'oculaire. Compléter le schéma en indiquant la position des foyers des lentilles et de l image intermédiaire A. L intervalle optique est la distance entre le foyer image de l objectif et le foyer objet de l oculaire Représenter par une flèche l intervalle optique sur le schéma ci-dessus Microscope schématique réalisé sur banc d'optique Matériel sur banc d'optique : Lentille objectif L 1 ( +10 ), lentille oculaire L 2 ( +4 ), œil L ( +5 ) ; Lanterne éclairant une grille réalisée à l'aide de papier millimétré transparent. Écran. A 1 A 1

2 Protocole : Par la méthode d'autocollimation mesurer avec soin les distances focales 1, 2 et f des lentilles. 1 =... ; 2 =... et f =... Placer l'objet A à environ 12 cm de l'objectif L 1 et former l'image nette sur un écran. Indiquer brièvement la méthode utilisée pour obtenir une bonne précision de la taille de l'image. Mesurer la taille de l objet : AB =... Noter la valeur de O 1 A et mesurer O 1 A 1 et mesurer la taille de l'image par l objectif O 1 A =... ; O 1 A 1 =... ; A 1 B 1 =... Placer la lentille oculaire L 2 à la distance 2 de A 1. Au-delà de L 2 placer la lentille œil L. On doit former, sur l'écran, l'image nette donnée par l'instrument dans le plan focal image de l'œil fictif L. Remarque : si cette observation n'est pas effectuée : - vérifier que O 2 est bien à la distance 2 de A 1 ; - puis vérifier les mesures des distances focales de L 2 et L. Mesurer la taille de l'image A B donnée par l'œil fictif. A B =... Grossissement du microscope : Le grossissement standard du microscope est défini par : G = ' m ' est l angle sous lequel on voit l'image à travers l'instrument : tan ' = A'B' ( ) (on vérifiera que A'B' m est l angle sous lequel l œil voit directement l objet situé à d m = 25 cm : tan m = AB d ( ) m d m est la distance minimale de vision distincte par convention égale à 25 cm. = A 1B 1 2 ) Grossissement de l oculaire : Pour l oculaire : G oc = ' 1 étant l angle sous lequel l œil voit A 1 B 1 directement s il était placé à d m = 25 cm : Questions : tan 1 = A 1B 1 d m ( 1 ) ' est l angle sous lequel on voit l'image à travers l oculaire donc tan ' = A 1B 1 2 = A'B' 1 À partir des mesures calculer le grandissement de l'objectif ob par 2 méthodes et comparer les résultats. 2

3 2 En considérant que les angles m et sont petits (approximation de Gauss), calculer le grossissement standard de ce modèle de microscope en utilisant les mesures. 3 On montre que G = G oc. ob ; justifier cette expression. Calculer G oc en déduire la valeur de G, la comparer à celle calculée à la question précédente 1.3. Cercle oculaire Le cercle oculaire est l image de l objectif donné par l oculaire. Il correspond à la section la plus étroite du faisceau qui sort du microscope. C est à cet endroit qu il faut placer l œil pour recevoir toute la lumière. Le diamètre du cercle oculaire d un microscope reste inférieur au diamètre de la pupille. Déplacer votre œil au après la lentille oculaire et déterminer la position de l œil qui permet d obtenir le maximum de lumière. Eventuellement pour mieux apprécier ce cercle oculaire, placer un diaphragme d environ 1 cm de diamètre sur la lentille oculaire Donner la valeur approximative de la position du cercle oculaire par rapport à l oculaire et la comparer à la distance focale de l oculaire. 3

4 1.4. Faire la construction de l'image donnée par le microscope schématique et vue avec l'œil fictif. Lentille objectif L 1 (+10,0 ), lentille oculaire L 2 (+4,0 ), œil fictif L (+5,0 ) ; O 1 A = - 12,0 cm ; AB = 5,0 mm ; O 2 O = 40,0 cm. Échelles 1/10 selon Ox et 1 selon Oy. Compléter la construction en traçant les rayons lumineux définissant le cercle oculaire. 4

5 2. Microscope réel 2.1. Description * L'objectif est un système convergent de très faible distance focale (quelques mm à quelques dizaines de mm). * L'oculaire est un système optique agissant à la façon d'une loupe. * Un condenseur est destiné à concentrer la lumière fournie par une source sur l'objet à observer. * Une platine ou porte-objet. * Un tube supporte à ses extrémités l'objectif et oculaire. Il est mobile grâce à deux vis permettant d'effectuer la mise au point, l'une permet un déplacement rapide et l'autre un réglage plus fin Grossissement standard du microscope * Le grandissement ob de l'objectif est indiqué par le constructeur, il est donné pour une vision à l'infini, l'intervalle optique étant fixé à 18 cm (valeur normalisée). * Le constructeur indique sur l'objectif le grossissement standard G oc (par exemple 10). G oc = ' ' est l'angle sous lequel œil voit l'image donnée par le microscope lorsqu'elle est à l'infini ; est l'angle sous lequel l'œil nu verrait l'objet A'B' s'il était placé à 25 cm de l'œil. * Le grossissement standard est G = ob.g oc Mesure du grossissement standard à l'aide de la chambre claire. La chambre claire est un dispositif qui se place sur l'oculaire et qui permet l'observation simultanée d'une préparation placée sur la platine et d'une feuille de papier placée sur la table à côté du microscope. Elle est constituée de deux miroirs dont l'un est semi-transparent et permet l'observation par réflexion et par transmission. Le micromètre objectif est placé sur le porte-objet. Le dispositif permet de superposer l'image A'B' du micromètre objectif AB et l'image R' de la règle graduée R. Soit D la distance de la règle graduée à l'œil (mesurée avec un double-décimètre). A'B' est mesurée avec l'image R' de la règle, donc ' = A'B' D 1. Oculaire 2. Tube optique 3. Crémaillère 4. Vis macrométrique (grands déplacements) 5. Vis micrométrique (déplacements fins) 6. Revolver, porte objectifs 7. Objectifs (faible grossissement x 4, moyen x 10, fort x 40 ou plus, parfois immersion (x 100) 8. Platine, souvent avec un dispositif qui permet de déplacer la lame 9. Sur certains modèles : condenseur de lumière 10. Diaphragme, pour régler la quantité de lumière qui traverse la lame 11. Potence 12. Vis d'inclinaison, à ne pas utiliser si la préparation à observer est dans un liquide 13. Miroir ou lampe 14. Socle et = AB d m avec d m = 25 cm. d'où le grossissement standard est : G = A'B' AB 25 D avec D en cm. œil Protocole : Placer le micromètre objectif sur le porte objet (microfilm fixé sur une lame de verre et gradué en 1/100 mm). Mettre au point. Fixer la chambre claire sur l'oculaire. Placer une feuille de papier sur la table à côté du microscope. Amener l'égalité des intensités lumineuses des images du micromètre objectif et la feuille de papier. Matérialiser sur la feuille de papier deux graduations du micromètre objectif. Mesurer le segment tracé sur la feuille de papier (avec un double-décimètre). A ' B Règle R En déduire le grossissement standard G et le comparer la valeur obtenue avec les données du constructeur (grandissement g de l objectif et grossissement de l oculaire). A' B' R' 5