09 LES LENTILLES ET L ŒIL

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1 CH I- 09 LES LENTILLES ET L ŒIL PRESENTATION DES LENTILLES 11- Qu est ce qu une lentille?. Une lentille est formée d une matière transparente (verre ou plastique) délimitée par deux surfaces lisses dont l une au mois est sphérique. L épaisseur au centre de la lentille est différente de celle aux bords 12- Deux types de lentilles 121- Mise en évidence Matériel : une lentille convergente et une lentille divergente par binôme. Expérience : Poser la lentille sur un texte puis éloigner lentement la lentille du texte Observations : - si le texte devient plus gros, la lentille est convergente (ici c est celle qui est plus épaisse au centre) si le texte devient plus petit, la lentille est divergente (ici c est celle qui est plus épaisse sur les bords) 122- Les lentilles convergentes Une lentille convergente a des bords minces (donc le centre est plus épais que les bords). Exemples de lentilles convergentes Le symbole d une lentille convergente est : Expérience. Matériel : tableau magnétique, différentes lentilles et une source lumineuse à rayons parallèles.

2 Après avoir traversé la lentille convergente, les rayons lumineux se rejoignent (convergent) en un point Un objet placé derrière une lentille convergente apparaît plus gros Les lentilles divergentes Une lentille divergente a des bords épais. Exemples de lentilles divergentes Le symbole d une lentille divergente est : Expérience. Matériel : tableau magnétique, différentes lentilles et une source lumineuse à rayons parallèles. Après avoir traversé la lentille divergente, les rayons lumineux se s écartent (divergent) Un objet placé derrière une lentille divergente apparaît plus petit.

3 II- PROPRIETES DES LENTILLES (Polycopié élève) 21- Axe optique d une lentille On appelle axe optique de la lentille (noté ), l axe perpendiculaire à la lentille et qui passe par son centre optique O Remarque : L'axe optique de la lentille est la «médiatrice» de la lentille 22- Cas du rayon lumineux passant par le centre d une lentille 221- Expérience Matériel : tableau magnétique, différentes lentilles et une source lumineuse à rayons parallèles. O O 222- Conclusion Tout rayon lumineux passant par le centre optique d une lentille mince (noté O) n est pas dévié

4 23- Le foyer d une lentille convergente 231- Faire converger la lumière avec une lentille a- Expérience Matériel : Un banc d optique, une source lumineuse, une lentille convergente, un écran et un thermomètre électronique par binôme. Matériel : b- Un lentille convergente de focale 50 mm au moins + le Soleil par binôme. Observations Magnard, Activité 1B, p195 Q1 : On obtient la plus petite distance entre la lentille et l écran quand la lentille et la lampe sont le plus éloignées l une de l autre. d= cm. Q2 : On trouve t = 28 C. La température augmente au niveau de la tache lumineuse. Ou A l'aide d'une lentille convergente, on fait converger les rayons du Soleil sur la paume de la main en une tâche la plus petite possible. Au bout de quelques instants, on constate un échauffement sur la main Le foyer image Définition :Le foyer image d une lentille convergente, noté F, est le point où convergent, après avoir traversé la lentille, tous les rayons lumineux quand la source est éloignée. F Q4 :La source de lumière étant éloignée de la lentille, tous les rayons lumineux provenant de la source de lumière vont converger au foyer image. Toute l énergie lumineuse se trouve concentrée en un point et donc la température augmente.

5 III- FORMATION D UNE IMAGE (Polycopié élève) PAR UNE LENTILLE CONVERGENTE 31- L objet est éloigné de la lentille Remarque : la distance objet-centre optique de la lentille est supérieure à la distance focale 311- Montage expérimental Matériel : Par binôme : un support en aluminium de 1m de longueur, une source lumineuse (avec la lettre F), une lentille convergente, une règle et un écran. O n ré ali s e le m o n t a g e ci-de s s u s pui s on pla c e l obj e t (lettre F) apr è s la la m p e. D é p l a c e r l écr a n de m a n i è r e à obt e n i r un e im a g e nett e sur l écr a n 312- Observations On observe une image nette sur l écran pour une seule position de l'écran et cette image est inversée. F O bj e t Image

6 313 Réaliser la même expérience que ci-dessus mais en augmentant la distance objet - lentille Observations : On observe toujours une image inversée mais plus petite F O bj e t Image 314- Conclusion Quand l objet est suffisament éloigné de la lentille convergente, on obtient toujours une image inversée de l objet. Par ailleurs, plus l objet est éloigné de la lentille, plus son image sera petite. 32- L objet est situé très près de la lentille Remarque : la distance objet-centre optique de la lentille est inférieure à la distance focale 321- Expérience On réalise le même montage qu au 311 mais l objet est placé à proximité de la lentille. On déplace ensuite l écran afin d obtenir une image nette sur cet écran 322- Observation Il est impossible d obtenir une image nette de l objet sur l écran 322- Conclusion Quand l objet est trop près de la lentille convergente, on ne peut pas obtenir une image nette de l objet sur l écran.

7 IV- UN APPAREIL IMAGEUR : L'OEIL 41- Description de l œil (Transparent) Magnard, activité 2C, p Quelle partie de l œil protège d un excès de lumière? C est l iris qui laisse entrer, à travers la pupille, la quantité de lumière suffisante 2- Quel est le rôle des milieux transparents de l œil? Les milieux transparents de l œil se comportent comme une lentille convergente 3- Quel est le rôle de la rétine? La rétine joue le rôle d un écran sensible à la lumière. Les photorécepteurs de la rétine convertissent l image lumineuse en message nerveux 4- Quel est le rôle du nerf optique? Le nerf optique transmet ce message nerveux au cerveau. 5- Pourquoi est il dangereux d observer le Soleil à travers une lentille convergente? Une lentille convergente va concentrer les rayons du Soleil en un point qui peut se trouver sur la rétine. Dans ce cas, l énergie lumineuse des rayons du Soleil serait concentrée en point : on risque de se brûler la rétine 6- Par quoi pourrait on schématiser un œil? Finalement un œil peut être schématisé par une lentille convergente et un écran

8 42- Les défauts de l'œil (Transparent) 421- Etude documentaire Magnard, activité 3B, p A quelle condition l œil peut il voir nettement un objet? 2- Quelle est la différence entre un œil normal, myope ou hypermétrope? 3- A quelle partie de l œil sont dus les défauts de myopie ou d hypermétropie? 4- Quelle est la conséquence de ces défauts? 5- Comment peut on corriger ces défauts? On peut également s aider du site Internet de l académie de Nice : et du logiciel Vision, pour répondre à ces questions Réponses aux questions 1 L œil voit nettement un objet si son image se forme sur la rétine. 2 Œil normal : l image d un objet, proche ou lointain, peut toujours se former sur la rétine. Œil myope : oeil trop convergent, l image d un objet lointain se forme devant la rétine. Œil hypermétrope : oeil trop peu convergent, l image d un objet proche se formerait derrière la rétine.

9 3 Ces défauts sont dus au cristallin, trop ou trop peu convergent. 4 La conséquence de ces défauts est qu un oeil myope ne voit pas nettement les objets éloignés, tandis qu un oeil hypermétrope ne voit pas nettement les objets proches. 5 Un oeil myope a un cristallin trop convergent, ce qui l empêche de voir nettement les objets lointains (leur image se forme devant la rétine). On peut corriger ce défaut par le port de lentilles divergentes, qui permettent à l image de se former sur la rétine. Un oeil hypermétrope a un cristallin trop peu convergent, ce qui l empêche de voir nettement les objets proches (leur image se forme derrière la rétine). On peut corriger ce défaut par le port de lentilles convergentes, qui permettent à l image de se former sur la rétine. 43- Illusions d optique (polycopié et transparent) Les impressions lumineuses reçues par l œil sont transmises au cerveau. Mais celui-ci les interprète parfois de façon inexacte, ce qui donne lieu à de surprenantes illusions d optiques V- EXERCICES Magnard, ex 4, 7, 9, 13, 20, 30 et 32 p202 à 206 Ex 4 p 202 On doit placer l'écran après la lentille. Il n'y a qu'une seule position de l'écran pour avoir une image nette Ex 7 p 203 Voir schéma p 197 du livre Ex 9 p 203 Voir schéma VISION DE LOIN p 199 du livre Ex 13 p 204 Monia a placé l'objet trop près de la lentille (il est placé entre le foyer objet et le centre optique de la lentille) : il est donc impossible d'obtenir une image nette. Pour avoir une image nette, il faut que l'objet soit placé à au moins 10 cm de la lentille pour avoir une image nette Ex 20 p 204 1Pour corriger une hypermétropie, il faut utiliser une lentille convergente. Les lentilles convergentes sont : 1 ; 4 et 5 2Une lentille de contact doit épouser la forme de l'œil. Seules les lentilles 3 (divergente) et 4 (convergente) conviennent.

10 Ex 30 p 206 1L'appareil photo a une lentille convergente pour objectif. Donc l'image sur la plaque électronique sera inversée (une lentille convergente donne une image inversée d'un objet) 2La plaque électronique correspond à la rétine de l'œil et le diaphragme correspond à l'iris Ex 32 p 206 Car le verre de la bouteille peut se comporter comme une lentille convergente. Les rayons du Soleil (et donc toute leur énergie lumineuse) se trouvent concentrer en un point : cela peut donc entraîner un échauffement des broussailles et par conséquent un incendie

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