Relation de conjugaison des lentilles minces. Chapitre 2. Thème: Couleurs et images. Chapitre 2: Relation de conjugaison des lentilles minces.

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1 Nom:... Prénom:... Relation de conjugaison des lentilles minces Chapitre 2 Thème: Couleurs et images page 1

2 I Quel est le principe de fonctionnement d un appareil photographique? Doc.1 Mis à part quelques détails de structure qui diffèrent suivant leur type, les appareils photo actuels fonctionnent sur un même principe et se composent des éléments de base suivants: Un viseur Un déclencheur Un objectif Un diaphragme Un obturateur Un film ou un capteur Lors de l appui sur le déclencheur, l obturateur s ouvre afin de laisser passer la lumière par l objectif qui va fournir une image nette du sujet à photographier au film ou au capteur numérique. La quantité de lumière entrante est déterminée par le temps durant lequel l obturateur va rester ouvert et par la taille de l ouverture du diaphragme. A la fin de l exposition, l obturateur reprend sa position fermée initiale. 1. L appareil photographique son modèle a. Proposer un montage permettant de comprendre comment une image se forme dans un appareil photographique. b. Compléter le tableau pour comparer l œil et l appareil photographique Iris Cristallin Rétine Pupille Sclérotique rigide Paupière Œil Appareil photographique Fonction 2. Comment réaliser la mise au point avec l appareil photo? L appareil photographique ne permet pas d observer en même temps un objet proche et un objet lointain. Le photographe réalise une mise au point sur l objet qu il a choisi, laissant l autre objet dans le flou. Nous allons simuler la présence d un objet proche et d un objet plus lointain vu par le photographe. En quoi consiste la mise au point? page 2

3 a. La modélisation de l appareil photographique Montage d peut varier Modèle de l appareil photo. a. Réaliser le montage proposé en utilisant une lentille de focale 10 cm b. On prendra pour le premier plan OA 1 = -15 cm, pour le second plan OA 2 = -66 cm. c. Réaliser le montage pour obtenir une image nette sur l écran. d. Noter Vos résultats, relever la position de l écran OA et la taille de l image A B : Pour le premier plan: OA 1=... et A 1B 1=... Pour le deuxième plan OA 2=... et A 2B 2=... e. Comment obtenir une image nette? b. L appareil photographique permet de réaliser une mise au point. a. Schématiser les 2 cas observés. On prendra 10cm pour 1 carreau. Et deux carreaux pour AB Cas 1: objet fille (premier plan) page 3

4 Cas 2: objet père (second plan) b. Comment l appareil photographique réalise la mise au point? déplacement de la lentille II Comment l œil permet la formation d une image nette? Comme l appareil photographique, l œil ne permet pas d observer en même temps un objet proche et un objet lointain. Nous allons simuler la présence d un objet proche et d un objet plus lointain vu par l œil. En quoi consiste l accommodation? 1. La modélisation de l œil Placer sur votre banc optique une lentille de vergence V=5,0 δ et l écran à une distance fixe de 20 cm. Pour modéliser la distance cristallin-rétine (qui est fixe). Préparer à proximité des lentilles de 10 et 20 δ. a. Placer l objet sur le premier plan (OA 1 = -15 cm) choisir une lentille pour obtenir une image nette sur l écran. Indiquer quelle lentille utiliser.on peut modifier un peu la position de la source si nécessaire. Indiquer quelle lentille utiliser.... page 4

5 b. Placer l objet sur le deuxième plan (OA 2 = -66 cm) du support de la lentille. Puis choisir parmi les lentilles disponibles celle qui permet d obtenir l image sur l écran. On peut modifier un peu la position de la source si nécessaire. Indiquer quelle lentille utiliser. 2. L œil accommode c. Schématiser les 2 cas observés. On prendra 10cm pour 1 carreau. Et deux carreaux pour AB Cas 1: objet fille (premier plan) d. En déduire la focale et la dioptrie de la lentille à utiliser idéalement. Cas 2: objet père (second plan) e. En déduire la focale et la dioptrie de la lentille à utiliser idéalement. page 5

6 f. Comment l œil réalise la mise au point ou «accommodation»? III Relations de conjugaisons pour les lentilles minces 1. Conventions Les positions de l objet AB et de son image A B, A et A étant sur l axe optique, sont repérées par les valeurs algébriques OA et OA des distances OA et OA (figure 10). OA < 0 si le point A est placé avant la lentille. OA > 0 si A est placé après la lentille; (et donc OA < 0 si A est placé avant). L axe optique de la lentille est orienté dans le sens de propagation de la lumière. Le centre optique O coincide avec l origine de l axe. Conséquence: f = OF > O, la distance focale d une lentille convergente est positive. 2. Peux-t-on retrouver l image donnée par une lentille par calcul? Une loupe, un vidéoprojecteur, un appareil photographique, un œil possèdent tous un système optique constitué d au moins une lentille convergente. Comment prévoir la position, la grandeur et le sens de l image donnée par ces systèmes optiques? a. Avant de commencer a. Consulter votre cours, puis compléter les phrases ci-dessous : OA OA Un rayon lumineux passant par le centre optique... Tout rayon incident parallèle à l axe optique émerge... Tout rayon incident passant par... émerge parallèlement à l axe optique. b. Nous utiliserons une lentille de focale f = 10cm =...m c. Déterminer la vergence C =... d. Relever la taille de l objet (le «F») notée AB=... page 6

7 b. Réaliser Le montage étant réalisée, modifier la distance, notée OA, entre l objet et la lentille : choisir pour d les valeurs -50 cm; -40 cm; -30 cm; -20 cm et -15 cm. Puis déplacer l écran pour obtenir l image de l objet (c est-à-dire une forme aux contours nets sur l écran) et répondre dans le tableau. a. Pour chaque valeur de la distance OA, peut-on obtenir une image sur l écran? b. L image est dite droite si elle est de même sens que l objet et renversée dans le cas contraire. Dans quel(s) cas est-elle droite? Dans quel(s) cas est-elle renversée? c. Déterminer la distance lentille-écran notée OA d. Déterminer la taille de l image notée A B attention si l image est inversée A B <0 e. Calculer 1/ OA - 1 / OA f. Calculer OA / OA g. Calculer le grandissement γ en calculant le rapport γ=a B / AB Distance OA (m) -0,50-0,40-0,30-0,20-0,15 Image visible sur l écran? L image est-elle droite ou inversée? Distance OA (m) Taille de l image A B 1/ OA - 1 / OA OA / OA Grandeur de l image γ c. Interpréter a. Tracer la courbe en plaçant en abscisse x=1 / OA et en ordonnée y = 1 / OA et compléter : La courbe obtenue est une... ne passant pas par... Son ordonnée à l origine est égale à... et elle est comparable à la valeur de la... b. Comparer le grandissement γ à OA / OA et conclure. 3. Relation de conjugaison Pour une lentille donnée, dons le cadre du modèle des lentilles minces, à une position de l objet correspond une position unique de l image. La relation de conjugaison permet de déterminer la position de A quand la position de A et la distance focale de la lentille sont connues: page 7

8 4. Relation de grandissement Pour comparer la taille et l orientation de l image à celles de l objet, on détermine le grandissement γ=a B / AB. page 8