Partie 1 : Etude simplifiée d un rétroprojecteur ( / 26 mn)

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1 Nom : Prénom : Classe : 1 ère S Partie 1 : Etude simplifiée d un rétroprojecteur ( / 26 mn) Document 1 : Dans le cas d un rétroprojecteur, un objet AB dessiné sur un transparent est éclairé par-dessous. (Voir Feuille annexe montrant la schématisation d un rétroprojecteur) La lumière projetée vers le haut, passe par une lentille convergente puis se dirige vers un miroir et est alors réfléchie vers un mur (ou un écran) où on voit l image nette (qui sera notée A B ). Dans tout l exercice, on fera attention d exprimer les valeurs avec 3 chiffres significatifs Sur la feuille annexe 1, l échelle du dessin est au 1/10 : exemple l objet AB est représenté par une flèche de 1,0 cm. Sa taille réelle est donc de 10 cm. La vergence de la lentille convergente utilisée est 2,94 δ. En absence de miroir, l image A B (d un objet AB ) peut être obtenue nette sur le plafond. 1) a) Dans le cas du schéma (de la feuille annexe 1) dont l échelle a été définie ci-dessus, quelle est la valeur algébrique de la distance réelle OA qui sépare le point A du centre optique de la lentille? On argumentera le signe de cette valeur algébrique. 1) b) Montrez que la distance focale de la lentille du rétroprojecteur est voisine de 34 cm. 2) Déterminer la position de l image nette par un calcul. On donnera le nom de la relation utilisée. 3) Dessinez, (sur la feuille annexe 1) à partir de 2 rayons lumineux l image A B de AB. On remarquera que la méthode de détermination graphique de la position de l image peut se montrer bien moins précise que celle obtenue par le calcul et on ne s inquiétera pas de trouver un résultat éloigné du calcul précédent. 4) Cocher la réponse exacte : Pour obtenir une image A B plus grande, il faut que : la valeur absolue de OA augmente la valeur absolue de OA diminue Dans le cas d un rétroprojecteur, un miroir est utilisé. Ce miroir de surface au moins identique à la lentille, peut pivoter autour d un axe R. L inclinaison du miroir est réglé à 45 par rapport au plan de la lentille (voir direction du miroir sur la feuille annexe). Un rayon lumineux issu de A et passant par le point M du miroir est alors réfléchi suivant une direction horizontale. La surface réfléchissante du miroir se situe du côté de la lentille. L image du point B, appelée B, obtenue par le miroir, est le point symétrique du point B par rapport à la direction du miroir. De même, l image du point A, appelée A, obtenue par le miroir, est le point symétrique du point A par rapport à la direction du miroir. 6) Représenter (sur la feuille annexe 1) graphiquement l image A B de A B à travers le miroir. 7) Tracez (sur la feuille annexe 1), en rouge, un rayon lumineux, qui issu de B, arrive sur le mur en B

2 Nom : Prénom : Classe : 1ère S Partie 2 : Des lunettes pour le Tiers-Monde ( / 26 mn) Document 2 : Quelle chance de posséder un œil emmétrope, c est à dire sans défaut visuel! Environ 350 millions de personnes dans le monde sont moins bien lotis et auraient besoin de lunettes mais n y ont pas accès, selon l organisation mondiale de la santé. L un des freins est le manque de personnel qualifié : on compte environ un ophtalmologiste pour habitants en Europe, mais un pour huit millions au Mali. Face à cette carence, le physicien Joshua Silver de l université d Oxford a imaginé des lunettes dont le réglage est effectué par leur porteur et permet de corriger la myopie (mot d'origine grecque, qui signifie «à courte vue»), l hypermétropie (difficultés à voir de près) et la presbytie. Le principe de ces lunettes (réglables) est schématisé dans la figure ci-dessous. D après un article paru dans Le mondedu 8 Octobre ) On s intéresse aux lentilles représentées sur les figures A et B du document ci-dessus. Cocher la (ou les) réponses exactes La lentille de la figure B est : convergente divergente 2) On schématise ci-contre l oeil d un adolescent présentant un défaut de vision : 2) a) Expliquez pourquoi l image visualisée par cet adolescent n est pas nette. Puis écrire une phrase avec le mot "convergent" pour décrire le défaut de son oeil.

3 2) b) Indiquer s'il faut creuser ou gonfler la membrane de la lunette réglable pour corriger ce défaut de vision. Argumentez. 3) Caractérisation d'une lentille : on considère une lentille notée L 1, de vergence V 1 = + 2,0 δ et une lentille L 2, de vergence V 2 = - 2,0 δ. 3) a) Donner le nom de l'unité représentée par le symbole δ. 3) b) Précisez laquelle des deux valeurs de vergence V 1 ou V 2 correspond à la lentille correctrice de la figure A du document. Argumentez votre choix. 3) c) Si on considère que pour corriger un œil d une personne, il faut utiliser la lentille A précédente. Quelle était la vergence de cet œil avant correction? (On considèrera, pour simplifier le raisonnement, que la lentille correctrice est accolée à l œil et qu un oeil normal a une vergence V normal = + 60 δ). 4) On s intéresse à la lentille de la figure B. Cocher la (ou les) réponses exactes La figure B représente une correction pour un défaut de vision correspondant à un oeil : hypermétrope emmétrope presbyte myope 5) La presbytie correspond à une gêne en vision de près qui apparaît un peu après l âge de 40 ans, l accommodation devient imparfaite. Lors de l installation de la presbytie, le muscle ciliaire se contracte bien, mais le cristallin se sclérose en se durcissant et perd sa souplesse au cours de l existence. Familièrement, les personnes atteintes de presbytie trouvent que «leurs bras deviennent trop courts». 5) a) Schématisation du défaut. Compléter le schéma pour montrer un défaut de presbytie. 5) b) Expliquer comment modifier la membrane de la lunette réglable pour corriger ce défaut de vision. 5) c) QCM : Cocher la (ou les) réponses exactes Pour voir un objet de près, le cristallin de l'oeil devient plus convergent Quand l'œil est au repos, sa vergence est maximale La myopie ne protège pas de la presbytie mais en atténue la gêne les premières années

4 Correction : lecture élève 5 mn, partie 1: 26 mn, partie 2 : 26 mn (total des points obtenus noté sur 50 et non 52) Partie 1 : RETROPROJECTEUR. Sans miroir, l image A B peut être obtenue nette sur le plafond. 1) a) (/5) Valeur algébrique de la distance réelle OA. On argumentera le signe de cette valeur algébrique. D après le schéma de la feuille annexe, la valeur algébrique est OA = - 4,5 cm ( 1 ) En réalité, vu que l échelle donnée ( 1 ) est au 1/10, la valeur réelle est OA = - 45 cm ( 1 ) Le signe de cette valeur algébrique est négatif ( 1 ) puisque les distances sont repérées par rapport au centre optique ( +0,5 ) et que la lumière se propage dans le sens contraire. ( 1 ) 1) b) (/3) Valeur approximative de la distance focale. La distance focale est l inverse de la vergence. ( + 0,5 ) Enoncé 1 : C = 2,94 δ et OF = 1 / C = 1 / 2,94 = 0,340 m 34 cm ( 1 ) ( 0,5 ) ( 1 ) ( 0,5 ) Enoncé 2 : C = 2,86 δ et OF = 1 / C = 1 / 2,86 = 0,3496 m = 0,350 m 35 cm (pas d unité : zéro) 2) (/6) Déterminer la position de l image nette par un calcul. On donnera le nom de la relation utilisée. La loi de conjugaison est (1) :-1/OA +1/OA = 1/OF ou 1/OA =1/OF +1/OA (1) (pas de valeur algéb : -0,25) Enoncé 1 : 1 / OA = 2,94 2,22 = 1/ 0,34 1/ 0,45 = 0,720 δ soit OA = 1 / 0,720 = 1,39 m ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ou ( 1 ) Enoncé 2 : 1 / OA = 2,86 2,22 = 0,640 δ soit OA = 1 / 0,640 = 1,56 m ( 1 ) 3) (/4) Dessinez, (sur la feuille annexe 1) à partir de 2 rayons lumineux l image A B de AB. Position de F ( 1 ) sens propagation lumière ( 0,5 ) (1) (1) intersection ( 1 ) sens image ( 0,5 ) 4) (/1) Pour obtenir une image A B plus grande, il faut que : la valeur absolue de OA diminue 6) (/4) Représenter (sur la feuille annexe 1) graphiquement l image A B de A B à travers le miroir. point A (1) point B (1) tracé A B (1) image perpendiculaire à l axe optique ( 0,5 ) sens image ( 0,5 ) 7) (/3) Tracez en rouge, un rayon lumineux, qui issu de B, arrive sur le mur en B. point de contact correct en sortie de lentille avec miroir (1) rayon arrivant en B ( 1 ) avec sens propagation ( 1 ) Partie 2 : Des lunettes pour le Tiers-Monde. Rem : la myopie offre une bonne vue courte. le cristallin converge trop. L hypermétropie a des difficultés à voir de près : son œil ne peut converger assez. 1) (/1) Enoncé 1 : La lentille de la figure B est : divergente Enoncé 2 : La lentille A est : convergente 2) a) (/6) L image visualisée par cet adolescent n est pas nette car son œil n est pas emmétrope. Dans le cas d un œil normal, tout objet situé à l infini (1) forme une image nette (0,5) située sur la rétine (1), ce qui n est pas le cas ici puisque les rayons lumineux se coupent (0,5) en avant (1) (E1) / en arrière (E2) / de la rétine. Le cristallin est ici trop (E1) / pas assez (E2) "convergent" (2) 2) b) (/3) Pour compenser le fait que le cristallin est ici trop (E1) / pas assez (E2) convergent, on utilise pour corriger (0,5) ce défaut une lentille divergente (E1) / convergente (E2) (1), il faut donc une lentille creuse (E1) / gonflé ou bombée (E2) (1,5). Si terme concave (E1) / convexe (E2) (+0,5) 3) a) (/1) L'unité représentée par le symbole δ. est le dioptrie (pas de phrase : -0,25) 3) b) (/2) Précisez la vergence V 1 ou V 2 correspond à la lentille correctrice de lentille. Argumentez votre choix. En 1 : la lentille A est convergente (0,5), sa vergence correspond à V 1 (0,5) (ou +2δ) de valeur positive (1) En 2 : la lentille B est divergente (0,5), sa vergence correspond à V 2 (0,5) (ou -2δ) de valeur négative (1) 3) c) (/4) Quelle était la vergence de cet œil avant correction? (On considèrera, pour simplifier le raisonnement, que la lentille correctrice est accolée à l œil et qu un oeil normal a une vergence Vnormal = + 60 δ). Enoncé 1 : utilisation de la lentille A : C (œil normal ) = C (œil avec défaut) + C (correction) Ou C (œil avec défaut) = C (œil normal ) - C (correction) = 60-2 = 58 δ (2) (0,5) (1) (0,5) Compter 3 pts pour raisonnement et valeur corrects sur résultats faux de la question 3)b) Enoncé 2 : utilisation lentille B : C (œil avec défaut) = C (œil normal ) - C (correction) = = 62 δ 4) (/2) Enoncé 1 : La figure B représente une correction pour un myope (2) Enoncé 2 : La figure A représente une correction pour un hypermétrope (1) et un presbyte (1) 5) a) (/3) Compléter schéma défaut presbytie. L image est formée par intersection derrière de la rétine (1). Poursuite des 2 rayons et intersection.(1,5) Dessin image.(0,5 dont 0,25 orientation) (Si bougie entière +0,5) 5) b) (/2) Pour corriger la presbytie, il faut compenser le cristallin pas assez convergent, on utilise une lentille de même type que pour une hypermétropie, il faut donc une lentille convergente (1) donc bombée (1) 5) c) (/2) QCM : 1 réponse fausse (1), 2 réponses fausses (0,5), 3 réponses fausses (0) réponses correctes : E1 : 1 et 3 Pour voir un objet de près, le cristallin de l'oeil devient plus convergent/ Hypermétropie, presbytie se conjuguent pour gêner la vision de près. La myopie ne protège pas de la presbytie mais en atténue la gêne les 1ères années. E2 : 2 et 3 Quand l'œil est au repos, sa vergence est minimale

5 Pour des informations complémentaires : Animations simples myopie, hypermétropie et comparaison avec œil normal ENONCE 2 :

6 Nom : Prénom : Classe : 1 ère S Partie 1 : Etude simplifiée d un rétroprojecteur ( / 26 mn) Document 1 : Dans le cas d un rétroprojecteur, un objet AB dessiné sur un transparent est éclairé par-dessous. (Voir Feuille annexe montrant la schématisation d un rétroprojecteur) La lumière projetée vers le haut, passe par une lentille convergente puis se dirige vers un miroir et est alors réfléchie vers un mur (ou un écran) où on voit l image nette (qui sera notée A B ). Dans tout l exercice, on fera attention d exprimer les valeurs avec 3 chiffres significatifs Sur la feuille annexe 1, l échelle du dessin est au 1/10 : exemple l objet AB est représenté par une flèche de 1,0 cm. Sa taille réelle est donc de 10 cm. La vergence de la lentille convergente utilisée est 2,86 δ. En absence de miroir, l image A B (d un objet AB ) peut être obtenue nette sur le plafond. 1) a) Dans le cas du schéma (de la feuille annexe 1) dont l échelle a été définie ci-dessus, quelle est la valeur algébrique de la distance réelle OA qui sépare le point A du centre optique de la lentille? On argumentera le signe de cette valeur algébrique. 1) b) Montrez que la distance focale de la lentille du rétroprojecteur est voisine de 35 cm. 2) Déterminer la position de l image nette par un calcul. On donnera le nom de la relation utilisée. 3) Dessinez, (sur la feuille annexe 1) à partir de 2 rayons lumineux l image A B de AB. On remarquera que la méthode de détermination graphique de la position de l image peut se montrer bien moins précise que celle obtenue par le calcul et on ne s inquiétera pas de trouver un résultat éloigné du calcul précédent. 4) Cocher la réponse exacte : Pour obtenir une image A B plus grande, il faut que : la valeur absolue de OA diminue la valeur absolue de OA augmente Dans le cas d un rétroprojecteur, un miroir est utilisé. Ce miroir de surface au moins identique à la lentille, peut pivoter autour d un axe R. L inclinaison du miroir est réglé à 45 par rapport au plan de la lentille (voir direction du miroir sur la feuille annexe). Un rayon lumineux issu de A et passant par le point M du miroir est alors réfléchi suivant une direction horizontale. La surface réfléchissante du miroir se situe du côté de la lentille. L image du point B, appelée B, obtenue par le miroir, est le point symétrique du point B par rapport à la direction du miroir. De même, l image du point A, appelée A, obtenue par le miroir, est le point symétrique du point A par rapport à la direction du miroir. 6) Représenter (sur la feuille annexe 1) graphiquement l image A B de A B à travers le miroir. 7) Tracez (sur la feuille annexe 1), en rouge, un rayon lumineux, qui issu de B, arrive sur le mur en B

7 Nom : Prénom : Classe : 1ère S Partie 2 : Des lunettes pour le Tiers-Monde ( / 26 mn) Document 2 : Quelle chance de posséder un œil emmétrope, c est à dire sans défaut visuel! Environ 350 millions de personnes dans le monde sont moins bien lotis et auraient besoin de lunettes mais n y ont pas accès, selon l organisation mondiale de la santé. L un des freins est le manque de personnel qualifié : on compte environ un ophtalmologiste pour habitants en Europe, mais un pour huit millions au Mali. Face à cette carence, le physicien Joshua Silver de l université d Oxford a imaginé des lunettes dont le réglage est effectué par leur porteur et permet de corriger la myopie (mot d'origine grecque, qui signifie «à courte vue»), l hypermétropie (difficultés à voir de près ) et la presbytie. Le principe de ces lunettes (réglables) est schématisé dans la figure ci-dessous. D après un article paru dans Le mondedu 8 Octobre ) On s intéresse aux lentilles représentées sur les figures A et B du document ci-dessus. Cocher la (ou les) réponses exactes La lentille de la figure A est : convergente divergente 2) On schématise ci-contre l oeil d un adolescent présentant un défaut de vision : 2) a) Expliquez pourquoi l image visualisée par cet adolescent n est pas nette. Puis écrire une phrase avec le mot "convergent" pour décrire le défaut de son oeil.

8 2) b) Indiquer s'il faut creuser ou gonfler la membrane de la lunette réglable pour corriger ce défaut de vision. Argumentez. 3) Caractérisation d'une lentille : on considère une lentille notée L 1, de vergence V 1 = + 2,0 δ et une lentille L 2, de vergence V 2 = - 2,0 δ. 3) a) Donner le nom de l'unité représentée par le symbole δ. 3) b) Précisez laquelle des deux valeurs de vergence V 1 ou V 2 correspond à la lentille correctrice de la figure B du document. Argumentez votre choix. 3) c) Si on considère que pour corriger un œil d une personne, il faut utiliser la lentille B précédente. Quelle était la vergence de cet œil avant correction? (On considèrera, pour simplifier le raisonnement, que la lentille correctrice est accolée à l œil et qu un oeil normal a une vergence V normal = + 60 δ). 4) On s intéresse à la lentille de la figure A. Cocher la (ou les) réponses exactes La figure A représente une correction pour un défaut de vision correspondant à un oeil : hypermétrope emmétrope presbyte myope 5) La presbytie correspond à une gêne en vision de près qui apparaît un peu après l âge de 40 ans, l accommodation devient imparfaite. Lors de l installation de la presbytie, le muscle ciliaire se contracte bien, mais le cristallin se sclérose en se durcissant et perd sa souplesse au cours de l existence. Familièrement, les personnes atteintes de presbytie trouvent que «leurs bras deviennent trop courts». 5) a) Schématisation du défaut. Compléter le schéma pour montrer un défaut de presbytie. 5) b) Expliquer comment modifier la membrane de la lunette réglable pour corriger ce défaut de vision. 5) c) QCM : Cocher la (ou les) réponses exactes Pour voir un objet de près, le cristallin de l'oeil devient moins convergent Quand l'œil est au repos, sa vergence est minimale La myopie ne protège pas de la presbytie mais en atténue la gêne les premières années

9 Nom : Prénom : Classe : 1 ère S Date :... Partie feuille de brouillon