UNE LENTILLE MINCE CONVERGENTE

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1 TS Spécialité-ptique 1-formation d une image T.P-cours de Physique n 1 : IMGE RMEE PR UNE LENTILLE MINCE CNVERGENTE Partie : Produire des Il faudra être capable de : images et observer Positionner sur l axe optique le centre optique et les foyers ; Connaître la définition de la distance focale, de la vergence et leurs unités ; Connaître et savoir appliquer les relations de conjugaison et de grandissement sous forme algébrique ; Construire l image d un objet plan perpendiculaire à l axe optique ; Construire l image d un objet situé à l infini ; Déterminer à partir d une construction à l échelle, les caractéristiques (taille et position) d une image ; Retrouver par construction les caractéristiques d un objet connaissant son image ; Construire la marche d un faisceau lumineux issu d un point source à distance finie ou infinie ; Réaliser un montage d optique à partir d un schéma ; Régler un montage d optique de façon à observer une image sur un écran ; Utiliser un montage d optique pour réaliser des mesures et les exploiter pour déterminer la distance focale d une lentille. Déterminer la distance focale d une lentille convergente 1-Rappels sur les lentilles convergentes : Une lentille est un milieu transparent limité par deux surfaces dont l une au moins n est pas plane, le plus souvent il s agit de dioptre sphériques. Les lentilles a) sont..., les lentilles b) sont... Une lentille est mince si son épaisseur est petite par rapport aux rayons de courbure Le centre de la lentille est appelé centre optique L axe de symétrie qui passe par le centre optique est appelé l axe optique de la lentille. Compléter la marche des rayons lumineux ux dans les trois expériences suivantes : Tout rayon incident passant par le centre optique n'est pas dévié Tout rayon incident parallèle à l'axe optique émerge en passant par le foyer image Tout rayon incident passant sant par le foyer objet donne un rayon émergent parallèle à l'axe optique le foyer image est le symétrique de par rapport à Le plan perpendiculaire à l axe optique passant par le foyer objet est appelé plan focal objet et celui passant par le foyer image est appelé plan focal image. Dans les constructions graphiques, on oriente l axe optique principal, choisi comme axe des abscisses, dans le sens de la propagation de la lumière. La distance algébrique notée f telle que f = ' = est appelée distance focale de la lentille. Elle se mesure en mètre, m.

2 TS Spécialité-ptique 1-formation d une image Pour caractériser une lentille, on utilise également la notion de vergence, notée C, est telle que 1 C = La vergence se mesure en dioptrie noté δ. f ' Quel est le signe de la vergence d une lentille convergente? Calculer la vergence d une lentille convergente de distance focale f =200 mm. Calculer la distance focale d une lentille convergente de vergence 8δ. LES CNDITINS DE GUSS : Une lentille convergente fournit des images nettes (à chaque point objet correspond un point image et non une tache image floue) si deux conditions sont satisfaites (conditions de Gauss) : Les rayons sont peu écartés de l axe optique, pour cela on utilise un diaphragme. Les rayons sont peu inclinés de l axe optique. (voir doc 3 p 14) 2- Constructions et visualisation de l image donnée par une lentille convergente: bjet placé en avant de Sens de propagation de la lumière ' bjet dans le plan focal objet '

3 TS Spécialité-ptique 1-formation d une image Lorsque l objet est dans le plan focal l image est... bjet situé entre et ' C est le cas des Loupes : L image est... Point objet situé à l infini et ' L image d un objet à l infini se situe... n se sert de cette manipulation pour déterminer la distance focale d une lentille 3-Les relations de conjugaison et de grandissement : Convention de signe : Sens de propagation de la lumière + + Dans l exemple ci-dessus : 0 et Et : 0 et '' 0. ' 0

4 TS Spécialité-ptique 1-formation d une image Les formules de conjugaison sont : Celle donnant la position de l image en fonction de celle de l objet : = + = ' ' ou ' ' Celle donnant la dimension de l image par rapport à celle de l objet : le grandissement γ. γ = ' ' = ' TTENTIN UX SIGNES (ce sont des grandeurs algébriques) ET UX UNITES!!! 4- Vérification expérimentale des formules de conjugaison a) Dispositif n dispose d un banc d optique gradué sur lequel peuvent glisser les différents appareils, composés d une lanterne éclairant une plaque dans laquelle est découpé un objet ( lettre ) noté, d un support pour la lentille étudiée, d un support pour un écran, d une lentille (L) mince convergente marquée «+ 10 δ», et d un écran millimétré. quelles distances objet- lentille faut-il choisir pour obtenir une image sur l écran placé après la lentille? b) Mesures Placer l objet à la graduation 20 cm du banc. (s'aider de l'équerre). Placer la lentille dans une position correcte et déplacer l écran pour obtenir une image nette. Réaliser les mesures nécessaires et compléter la ligne 1 du tableau ci-dessous. Expérience ' ' ' C = ' ' ' ' ' Les formules de conjugaison : 1 ' 1 1 = ' et γ = ' ' 0' = sont t elles vérifiées? Renouveler ces mesures pour une autre position de la lentille et compléter la ligne 2 du tableau cidessus ù faut-il la lentille pour obtenir une image à l'infini? Disposer la lentille assez près de l'objet. Peut-on trouver une position de l'écran pour laquelle il est possible d'observer une image sur celui-ci? Expliquer.

5 TS Spécialité-ptique 1-formation d une image SPECILITE PHYSIQUE Produire des images, observer Exercice : les lentilles Une lentille convergente donne d'un objet de hauteur 5 cm perpendiculaire à l'axe, avec sur l'axe, une image '' renversée de hauteur 1 cm et située à 1,2 m de l'objet. 1- Déterminer graphiquement la position du centre de la lentille et sa distance focale. Echelle : verticale : 1 cm 1 cm horizontale : 1 cm 10 cm Nous allons déterminer par le calcul la distance focale de la lentille 2- Quelle est la valeur du grandissement γ? L exprimer en fonction de et ' 3- Quelle est sa valeur de '? L exprimer en fonction de et ' 4- En déduire et ' 5- En déduire la distance focale f de la lentille Exercice : les lentilles SPECILITE PHYSIQUE Produire des images, observer Une lentille convergente donne d'un objet de hauteur 5 cm perpendiculaire à l'axe, avec sur l'axe, une image '' renversée de hauteur 1 cm et située à 1,2 m de l'objet. 1- Déterminer graphiquement la position du centre de la lentille et sa distance focale. Echelle : verticale : 1 cm 1 cm horizontale : 1 cm 10 cm Nous allons déterminer par le calcul la distance focale de la lentille 2- Quelle est la valeur du grandissement γ? L exprimer en fonction de et ' 3- Quelle est sa valeur de '? L exprimer en fonction de et ' 4- En déduire et ' 5- En déduire la distance focale f de la lentille

6 TS Spécialité-ptique 1-formation d une image Pour le: Exercice : ssociation lentille, miroir plan Un miroir plan est placé derrière une lentille mince de distance focale f' = 150 mm de centre optique et de diamètre égal à 40 mm. Le miroir est incliné d'un angle de 45 sur l'axe optique de la lentille. Le point d'intersection M de cet axe et du miroir est à 120 mm de. Un objet situé à l'infini ; est dans la direction de l'axe optique de la lentille et le diamètre apparent de est de 5,0. 1. Schématiser le dispositif à l'échelle. Construire l'image 1 1 de par la lentille, puis l'image '' de 1 1 par le miroir plan. 2. Calculer la taille de 1 1. Vérifier sur le schéma la validité du résultat. 3. Tracer la marche du rayon lumineux issu de et passant par le centre optique de la lentille. Tracer également la marche du faisceau lumineux issu de et s'appuyant sur le bord de la lentille. Devoir maison : ex 27 p 24 (Hatier)

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