12 Les lentilles. chapitre. Qu est-ce qu une lentille? Débat pour préparer la leçon. Comment obtient-on une image nette avec une lentille?

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1 chapitre 12 Les s Qu est-ce qu une? omment obtient-on une image nette avec une? Des s peuvent produire des eets diérents. omment diérencier les s? Débat pour préparer la leçon Pourquoi le grand prêtre des Incas utilise-t-il une loupe pour mettre le eu au bûcher? Tous les appareils photo comportent une. À quoi sert cette? Le système optique de ce caméscope est constitué d un ensemble de s. ompétences Distinguer une convergente d une divergente. Savoir qu une convergente peut concentrer l énergie. Déterminer le oyer d une convergente. omprendre la ormation d une image nette à l aide d une convergente

2 1 Lentilles convergentes, s divergentes Une est ormée d un bloc transparent de verre ou de plastique. Des verres de lunettes, une loupe, un microscope sont constitués de s. omment diérencier ces s? 2 oyer et distance ocale d une convergente Des bouteilles en verre ou des morceaux de verre peuvent jouer le rôle de s convergentes. Pour prévenir les incendies, on ne doit jamais les abandonner dans la nature. Pourquoi? Expérimente u toucher Prends diverses s entre tes doigts. lasse-les en deux catégories et en comparant, pour chaque, les épaisseurs au centre et au bord. Par déviation de aisceaux de rayons parallèles de lumière Prends une de chaque catégorie et éclaire-la avec des aisceaux de rayons parallèles de lumière (Doc. 1). a b Expérimente Dispose une euille de papier ace au Soleil (ou d une lampe éloignée) et place une convergente de açon à obtenir un point très lumineux sur la euille (Doc. 3). Mesure la distance entre ce point et la. Recommence l expérience avec une autre convergente. La distance mesurée dépend-elle de la utilisée? Par observation d un texte Pose ces s sur un texte. Éloigne-les du texte de quelques centimètres. Quelles sont les propriétés des deux types de s? Observe et interprète Les observations sont résumées dans le tableau ci-dessous. Lentilles catégorie catégorie onclusion Les s, à bord mince, ont converger des aisceaux de rayons parallèles de lumière : ces s sont dites convergentes ( ). Les s, à bord épais, ont diverger des aisceaux de rayons parallèles de lumière : ces s sont qualiiées de divergentes ( ) chapitre 12 / Les s Épaisseur elles sont plus épaisses au centre que sur le bord (Doc. 2a) elles sont moins épaisses au centre que sur le bord (Doc. 2b) Déviation de aisceaux à la sortie de la les aisceaux convergent en un point les aisceaux divergent Doc 1 aisceaux de rayons parallèles de lumière arrivant sur deux s de types diérents. Observation d un texte le texte est vu plus gros le texte est vu plus petit a b s s Doc 2 Les deux catégories de s et leurs symboles. Lentilles : s convergentes. Lentilles : s divergentes. Les s convergentes grossissent le texte (eet de loupe) ; les s divergentes permettent de le voir plus petit (Doc., page 167). Pour s entraîner exercices 2 et 3 Que se passe-t-il si tu prolonges l expérience suisamment longtemps? Observe La distance entre la et le point très lumineux dépend de la. Si l on prolonge l expérience, on peut enlammer le papier. Interprète Une convergente ait converger les rayons du Soleil en un point appelé oyer de la. En ce point, on peut enlammer la euille de papier, car on y concentre l énergie provenant du Soleil et traversant la ( ). La distance entre la et le oyer est appelée distance ocale. onclusion Doc 3 Une convergente ait converger les rayons du Soleil en un point. Le oyer d une convergente est le point où converge la lumière lorsque la est traversée par des aisceaux de rayons parallèles de lumière (Doc. 4). La distance ocale est la distance entre le oyer et la. Elle dépend de la. Ne regarde jamais le Soleil, même avec une, tu pourrais devenir aveugle. o euille de papier Une loupe est une convergente. Si elle est placée de telle sorte que son oyer soit sur le bûcher, la concentration d énergie solaire au oyer pourra enlammer le bois (Doc., page 167). Doc 4 Une convergente ait converger des aisceaux de rayons parallèles de lumière en un point, appelé oyer de la. Pour s entraîner exercices 4 et 5 chapitre 12 / Les s 169.

3 3 Image d un par une convergente RETIENS L ESSENTIEL L objecti d un appareil photo est équivalent à une convergente. omment une orme-t-elle l image d un? Expérimente Place un lumineux (lettre E) à une distance d une convergente supérieure à sa distance ocale (Doc. 5). Déplace l pour obtenir une image nette de l. Rapproche l de la, puis déplace l pour obtenir une image nette. Par le texte Une à bord mince est convergente. Une à bord épais est divergente. Le oyer d une convergente est le point où converge la lumière lorsque la est traversée par des aisceaux de rayons parallèles de lumière. La distance ocale est la distance entre le oyer et la. Elle dépend de la. vec une convergente, on peut obtenir une image sur un si la distance - est supérieure à la distance ocale. L image obtenue est alors renversée. Mots nouveaux onvergente Distance ocale Divergente oyer Lentille (voir le lexique, p. 220) L image est-elle droite ou renversée par rapport à l? ompare la distance entre la et l image à la distance ocale. Lorsque tu rapproches l, dans quel sens se déplace l image? Doc 5 ormation d une image. Par l image Si l est très éloigné de la, où se orme l image? Place l lumineux à une distance de la inérieure à sa distance ocale. Peux-tu encore obtenir une image sur l? Vois-tu une image si tu regardes l à travers la? L objecti () de l appareil photo orme l image sur une plaque () constituée de cellules sensibles à la lumière (Doc., page 167). oyer Observe Les observations sont résumées dans le tableau ci-dessous. Distance - Propriétés de l image supérieure à recueillie sur un placé à une distance supérieure à renversée inérieure à non visible sur un, visible à l œil nu droite o distance ocale convergente divergente Image d'un donnée par une convergente onclusion vec une convergente, on peut obtenir une image sur un si la distance - est supérieure à la distance ocale. L image obtenue est alors renversée ( ). Lorsque l on déplace l, l image se déplace dans le même sens (Doc. 6). Lorsque l est très éloigné, l image est située au oyer de la. Doc 6 Lorsque l on rapproche (éloigne) l de la, il aut éloigner (rapprocher) l de la pour observer une image nette. Lorsque l est très éloigné, son image se orme au oyer. Pour s entraîner exercices 6 et 7 o convergente 170. chapitre 12 / Les s chapitre 12 / Les s 171.

4 IS LE POINT exercices e que tu dois savoir Le principe de ormation des images en optique. La concentration de l énergie avec une convergente. La déinition de la distance ocale d une. Je vériie que je sais hoisis les bonnes réponses. e que tu dois savoir aire Distinguer une convergente d une divergente. Trouver le oyer d une convergente et estimer sa distance ocale. Positionner une convergente par rapport à un pour obtenir une image nette sur un. Énoncés Réponse Réponse Réponse ide 1. Le oyer d une convergente est le point où Je vériie que je sais aire hoisis les bonnes réponses. converge la lumière lorsque la est traversée par un aisceau de rayons parallèles de lumière 2. La distance ocale est le point situé derrière la, noté 3. Derrière l, on observe l image convergente source de lumière se concentre l énergie provenant du Soleil est la distance entre le oyer et la l image nette d un se orme est la distance entre l et la Énoncés Réponse Réponse Réponse ide p. 169 p. 169 p Une convergente est à bord mince à bord épais à bord parallèle p Dans le dessin ci-dessous, Soleil translucide est le oyer est la distance ocale > réponses en in de manuel, p. 215 on observe l image du Soleil sur la euille p. 169 s-tu bien compris le cours? Lentilles convergentes, s divergentes > voir paragraphe du cours 1 hoisir les bonnes propositions Recopie les phrases ci-dessous en choisissant les bonnes propositions. 1. Une à bord mince / épais est dite convergente / divergente. 2. Une convergente peut / ne peut pas jouer le rôle de loupe. 2 a Identiier une 1. Quelle est convergente? divergente? Justiie ta réponse. 2. Quelle est à bord mince? Laquelle est à bord épais? 3 Identiier une b oyer et distance ocale d une convergente > voir paragraphe du cours 4 Mesurer la distance ocale Recopie le schéma et prolonge les rayons qui délimitent le aisceau de lumière à la sortie de la. Représente la distance ocale de cette. 5 Distinguer oyer et distance ocale 1. Reproduis le dessin ci-dessous et note le oyer et la distance ocale. Soleil euille de papier 2. Pourquoi est-il dangereux de regarder le Soleil avec une? Image d un par une convergente > voir paragraphe du cours 6 onnaître les conditions de ormation de l image d un Recopie et complète la phrase suivante. vec une convergente, il est possible d obtenir une image d un sur un si la est supérieure à. 7 Savoir ormer une image Ernesto observe l image de la lettre P sur l translucide. convergente translucide euille de papier 3. vec une convergente, on obtient une image nette sur un pour toute distance entre l et la si l est à une distance inérieure à la distance ocale si l est à une distance supérieure à la distance ocale p. 170 > réponses en in de manuel, p. 215 D E Indique quelles sont les s convergentes et quelles sont les s divergentes. Justiie ta réponse. source de lumière d 1. Dessine ce qu il voit. 2. ompare la distance d à la distance ocale de la chapitre 12 / Les s chapitre 12 / Les s 173.

5 exercices exercices Utilise tes connaissances 8 pprends à résoudre atima orme, sur un, l image d une bougie à travers une convergente de distance ocale. 1. Schématise l expérience. 2. La distance entre la bougie et la a-t-elle une importance? Justiie ta réponse. 3. Décris l image de la bougie. 4. Si elle approche un peu la bougie de la, que va-t-il se passer? Que doit-elle aire pour observer une image nette? SOLUTION 1. Schéma de l expérience : 2. La distance entre la bougie et la a une importance. Pour observer l image de la bougie sur un, la bougie doit être placée avant la, à une distance supérieure à la distance ocale. 3. L image de la bougie est renversée. 4. Si atima avance la bougie, l image va devenir loue. Pour que l image redevienne nette, elle doit reculer l. À TON TOUR vec une de distance ocale = 10 cm, Ludovic a ormé l image d une diapositive sur un. Il observe ainsi le paysage de ses vacances. 1. La diapositive est-elle placée à 5 cm ou à 12 cm de la? 2. La diapositive doit-elle être positionnée à l endroit ou à l envers? 3. S il éloigne un peu la diapositive de la, que va-t-il se passer? Que doit-il aire pour observer à nouveau une image nette? 10 ette est convergente. Je dirais même plus, elle est divergente! Les détectives DUPOND et DUPONT ont trouvé une. Ils aimeraient savoir si elle est convergente ou divergente. omment peuvent-ils procéder? 11 omment obtenir une image nette? Dans quel cas ne pourra-t-on pas obtenir une image de la bougie sur un? Justiie ta réponse. 12 L expérience de Luigi Luigi a dessiné l expérience qu il vient de réaliser. Qu a-t-il voulu montrer? Soleil 13 Dans l ordre Dans l ordre, caractérise une. O O Y euille O R 15 Mots croisés Recopie, puis complète la grille ci-dessous Horizontalement. Le contraire d une divergente.. Peut être gravement endommagé par l observation du Soleil à travers une convergente.. e que l on observe à travers une. Verticalement 1. ssocié à distance. 2. Permet d obtenir l image d un. 3. Endroit où se orme l image du Soleil. 4. Permet de recevoir une image. 16 Réalise une expérience à la maison Dépose une goutte d eau sur une règle plate en matière plastique transparente. Place ta règle au-dessus d un texte et observe-le à travers la goutte et la règle. Qu observestu? herche une interprétation. 17 Des s diérentes Hugo dispose de deux s et. es s ont leur bord plus mince que leur centre. 1. es s sont-elles convergentes ou divergentes? 2. vec la, Hugo obtient une image nette du Soleil en plaçant l à 10 cm de la. vec la, il doit placer l à 20 cm de la. a. Quelles sont les distances ocales de ces s? Justiie ta réponse. b. Laquelle est la plus convergente? Justiie ta réponse (tu peux aire des schémas). 18 Quelle choisir? Léna place un à 50 cm derrière une pour recevoir l image d un très éloigné. 1. Quel type de utilise-t-elle? 2. Sans modiier la distance de l à la, elle veut ormer l image d un proche de la. a. Obtient-elle encore une image nette sur l si elle conserve la même? b. Si ce n est pas le cas, doit-elle choisir une moins convergente ou plus convergente? 4 19 ppareil photo numérique Dans un appareil photo numérique, un objecti orme l image de l photographié sur des capteurs photosensibles D disposés sur le ond du boîtier de l appareil. L objecti est assimilable à une convergente de distance ocale 4 cm. vec cet appareil, Jérôme photographie un paysage très éloigné. Parmi les valeurs proposées, quelle distance sépare alors les capteurs de la? (ette distance correspond à la proondeur du boîtier.) Valeurs proposées : 1 cm ; 2 cm ; 4 cm. 20 Recto verso hristelle mesure le distance ocale d une. Elle trouve 10 cm. Son amie lorence, qui veut réaliser à son tour l expérience, lui demande quelle ace de la doit être du côté de la source de lumière, car elle pense que la distance ocale change suivant la ace de la qui reçoit la lumière. 1. Explique comment mesurer, grâce à la lumière du Soleil, un et une, la distance ocale de la. Réalise l expérience. Ne regarde surtout pas le Soleil avec ta! 2. Retourne la et recommence l expérience. La distance entre la et l est-elle diérente? 3. La distance ocale change-t-elle suivant la ace de la par laquelle entre la lumière? 21 Élémentaire, mon cher Watson Sherlock HOLMES met son monocle. Son œil paraît plus gros. Pourquoi? 9 Mathéo ait une expérience Mathéo airme que, s il place une euille de papier à 8 cm d une convergente éclairée par le Soleil, il peut enlammer cette euille. 1. Schématise l expérience. 2. Peux-tu en déduire la distance ocale de cette? Justiie ta réponse. 14 harade ontraire de rapide. près je, tu, On a besoin d eux pour voir. Mon tout permet d obtenir l image nette d un. E 174. chapitre 12 / Les s chapitre 12 / Les s 175.

6 exercices exercices 22 Incendies de orêts Des incendies de orêts ont lieu chaque année à cause de tessons de bouteilles se trouvant sur de l herbe sèche. Peux-tu en donner une explication? 23 Physique et arts visuels : le cinéma 25 Graine de chercheur : une lunette astronomique La première lunette d observation ut mise au point en 1609 par GLILÉE : elle grossissait huit ois. vec cet instrument, GLILÉE découvrit les satellites de Jupiter, le relie de la Lune (voir Histoire des sciences, p. 178). 27 Physique et arts plastiques : la camera obscura DÉMRHE D INVESTIGTION ç Situation problème La chambre noire J ai abriqué une chambre noire. est l ancêtre des appareils photo. Tu peux améliorer la qualité de l image en utilisant une, tu auras alors un appareil photo. Dans les salles de cinéma, la projection du ilm est réalisée grâce à un projecteur. La pellicule (qu on peut représenter comme une succession de diapositives) est éclairée par une puissante source de lumière. Une placée devant la pellicule, et très proche de celle-ci, permet d obtenir l image de la pellicule sur un blanc situé au ond de la salle. Les images déilent à raison de 24 images par seconde, ce qui donne l illusion du mouvement. 1. Quel type de est utilisé dans un projecteur de cinéma? 2. À quelle distance particulière est située la pellicule par rapport à la? 3. omment est l image obtenue sur l par rapport à l situé sur la pellicule? plus grande? plus petite? droite? renversée? 4. Pourquoi l de cinéma est-il blanc? 24 Un vitrail Dessine l image du vitrail observée derrière l diusant. Une lunette astronomique est conçue sur le même principe que la lunette de Galilée. Elle est constituée d un ensemble de deux s. L une d entre elles, appelée objecti, de grande taille, concentre les rayons lumineux provenant d un lointain pour ormer une image pratiquement en son oyer. L autre, plus petite, appelée oculaire, agit comme une loupe et permet d observer, en la grossissant, cette minuscule image. La lunette donne une image grossie de l grâce à la combinaison des s. Elle permet donc d observer des planètes en détail et de découvrir les étoiles invisibles à l œil nu ou les galaxies 1. L objecti d une astronomique est-il constitué d une convergente ou divergente? Justiie ta réponse. 2. L oculaire d une astronomique est-il constitué d une convergente ou divergente? Justiie ta réponse. 3. Tu disposes d une de 50 cm de distance ocale pour l objecti et une autre de 10 cm pour l oculaire. ais un schéma de la lunette que tu peux réaliser (prends un carreau pour 5 cm). 4. Soumets le projet à ton proesseur, puis réalise cette lunette en ixant les s sur une tige rectangulaire avec de la pâte à modeler. 5. Observe un lointain et lumineux. 26 Rébus À partir du XVI e siècle, certains peintres ont utilisé une chambre noire (camera obscura) percée d un petit trou pour reproduire des paysages, par exemple. L image se ormait sur un situé derrière le trou. Pour améliorer la qualité de l image, on plaça une derrière le trou de la chambre noire. L image était de meilleure qualité, mais n était pas toujours nette selon que l était proche ou loin de la chambre noire. Pour régler ce problème, il allait changer de. e principe ut utilisé, puis amélioré jusqu à l invention de la photographie. 1. Reproduis le schéma ci-dessous et complète-le en dessinant l image obtenue sur l en l absence de. 2. Sans, quelles sont les diérences entre l image obtenue et l? 3. Quel type de était utilisé pour améliorer la ormation des images? 4. vec la, quelles sont les diérences entre l image obtenue et l? 5. Pourquoi une seule ne suisait-elle pas pour obtenir une image nette pour n importe quelle position de l par rapport à la chambre noire? oîte à idées trou ç Hypothèses Émets des hypothèses sur le type de à utiliser et sur la modiication à apporter à la chambre noire. ç Expérience boîte opaque papiercalque 1. Écris la liste du matériel nécessaire à la abrication de ta chambre noire comportant une. 2. Schématise l expérience, puis soumets ton projet au proesseur. 3. onstruis ton appareil photo. 4. Observe l image d un lumineux éloigné. Précise les caractéristiques de l image. PRIS ORDEUX 583 km Je suis la de la. K LE Exercice 25 Lorsqu un lumineux est placé à une distance de la égale à la distance ocale, son image ne peut être recueillie sur un : elle est vue très loin devant la. ç onclusion 5. Dois-tu adapter la proondeur de la boîte à la distance ocale de la choisie? 6. Quel est le rôle du papier-calque? 176. chapitre 12 / Les s chapitre 12 / Les s 177.

7 HISTOIRE DES SIENES Doc 1 GLILÉE, mathématicien, physicien et astronome italien ( ). En 1609, GLILÉE (Doc. 1) abriqua une lunette d observation (Doc. 2), avec deux s, l une convergente, l autre divergente. Elle grossissait 8 ois. Il it une démonstration au sénat de Venise. Succès et émerveillement: l île de Murano, observée depuis la place Saint-Marc semblait être à 300 m seulement alors qu elle se trouve en réalité à 2,5 km! Les militaires trouvèrent à cette invention un intérêt évident. GLILÉE reçut aussitôt sa récompense : on doubla son salaire et on conirma son poste à l université de Padoue jusqu à la in de ses jours. est avec cette lunette que GLILÉE établit une première carte de la Lune et découvrit les satellites de Jupiter. Doc 2 Les s L es premières traces d utilisation d une proviennent de la Grèce antique. RISTOPHNE y ait notamment réérence dans sa pièce Les Nuées, écrite en 423 av. J.-., en évoquant un «verre à eu» (une bombée utilisée pour produire du eu en aisant converger les rayons du Soleil). Les écrits de PLINE l ncien (23-79) montrent également qu un tel dispositi était connu dans l Empire romain. Ils mentionnent ce qui peut être interprété comme la première utilisation d une pour corriger la vue en décrivant l utilisation que ait l empereur romain NÉRON d une émeraude de orme bombée lors des spectacles de gladiateurs (probablement pour corriger une hypermétropie). Les s n ont cependant pas été utilisées à plus grande échelle avant la généralisation des lunettes de vue, probablement inventées en Italie dans les années Lunette de GLILÉE. Principe de onctionnement SIENE ET SOIÉTÉ L appareil photographique L appareil photographique comporte un boîtier au ond duquel se trouve une pellicule, dans le cas d un appareil photo argentique, ou un capteur D dans le cas d un appareil photo numérique. Un ensemble de s orme sur la pellicule (ou le capteur) l image des s lumineux photographiés. obturateur ouvert ensemble de s (objecti) Les parties essentielles Le boîtier : boîte étanche à la lumière. L objecti : il est constitué d un ensemble de plusieurs s équivalent à une convergente. Le diaphragme : trou par lequel la lumière pénètre dans le boîtier après avoir traversé l objecti. L obturateur : sorte de rideau, commandé par le déclencheur, qui erme le diaphragme. La pellicule : ilm en matière plastique sensible à la lumière utilisée dans les appareils photos argentique. Le capteur D : il remplace la pellicule dans les appareils photos numériques. e dispositi électronique transorme la lumière en signaux électriques. pellicule ou capteur D diaphragme image boîtier Doc 1 Doc 2 Principe de l appareil photo. Un appareil photo numérique. Les réglages éventuels La mise au point consiste à régler la distance entre la pellicule (ou le capteur D) et l objecti selon l éloignement du sujet à photographier pour que l image soit toujours nette sur l. Le temps de pose (ou vitesse d obturation) est la durée d ouverture de l obturateur ; elle doit être très brève si le sujet est en mouvement rapide, sinon la photographie est loue. L ouverture du diaphragme permet de aire entrer plus ou moins de lumière pour impressionner convenablement la pellicule ou le capteur. es réglages se ont le plus souvent automatiquement. QUESTIONS I. s-tu bien compris le texte? Les Grecs de l ntiquité connaissaient-ils les s? Étaient-elles utilisées pour corriger la vue? Dans quel pays a-t-on utilisé pour la première ois des s en tant que lunettes de vue? Qu a abriqué GLILÉE? D après II. Sais-tu expliquer? omment «une bombée» peut-elle être «utilisée pour produire du eu en aisant converger les rayons du Soleil»? ais un schéma en précisant le oyer de la. Pourquoi GLILÉE a-t-il pu découvrir les satellites de Jupiter? QUESTIONS I. s-tu bien compris le texte? Dans un appareil photo, où se orment les images? Que veut dire le verbe impressionner en photographie? II. Sais-tu expliquer? Pourquoi la mise au point est-elle nécessaire? Qu est-ce qui varie lors de la mise au point? Pour prendre une photo, la distance -objecti doit-elle être supérieure ou inérieure à la distance ocale de l objecti? omment est l image par rapport à l photographié? Pourquoi, par temps sombre, utilise-t-on un lash pour photographier un? 178. chapitre 12 / Les s chapitre 12 / Les s 179.

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