TP Spécialité n o 1 Lentilles convergentes

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1 TP Spécialité n o 1 Lentilles convergentes 1 Utilisation du banc d optique Interdiction absolue de poser les doigts ou de frotter les lentilles! Ne pas essayer de regarder directement dans la lanterne, l intensité lumineuse est assez élevée; Ne pas trop serrer les vis de fixation, car ils peuvent se bloquer. 2 Vérification approximative des distances focales Avec les lentilles mises à disposition, obtenir l image des tubes fluorescents («néons») sur la table. Mesurez aprroximativement la distance lentille-table. a. Justifiez que cette distance correspond approximativement à la distance focale f. 3 Création d un objet lumineux On prends le chiffre 1 comme diaphragme objet. Mesurez sa taille (hauteur), qui sera notée AB. Placez la lanterne à 10 cm, à l extrémité du banc, et l objet dans un porte-lentille à 40 cm. Jouez sur la focalisation du faisceau lumineux émis par la lanterne afin d éclairer entièrement et uniformément le chiffre 1. Un diaphragme correctement éclairé constitue un objet lumineux pour la suite du montage. 4 Obtention d une image Disposez une lentille de vergence C = +10δ dans un porte-lentille, à OA = 13 cm de l objet AB. Rappel : l origine des mesures algébriques est le centre O de la lentille, donc OA = 13 cm signifie que l objet AB doit être placé à gauche de la lentille (on peut dire : «avant» la lentille). Autrement dit, la lentille est 13 cm «après» l objet AB. Placez un écran après la lentille. Cherchez avec l écran la position OA de l image, position pour laquelle on obtient une image nette de l objet. Appel du professeur pour contrôle. Mesurez cette position OA (attention, une soustraction est nécessaire, le centre de la lentille O n étant pas placé à 0 cm) et mesurez la taille A B de l image. Attention au signe lors de la mesure de la taille A B de l objet : la mesure algébrique est négative si l objet est renversé. b. Trouvez la distance focale f = OF de la lentille utilisée, connaissant sa vergence C = +10 δ ; c. L image A B obtenue est-elle droite ou renversée? Plus grande ou plus petite? Sans bouger l écran, déplacez la lentille afin de trouver une seconde position permettant d obtenir une image nette. Appel du professeur pour contrôle. d. Que peut-on dire de cette nouvelle position par rapport à la précédente? Notez à nouveau le sens et la taille de l image. Déplacez la lentille précédente à OA= 20 cm de l objet. Appel du professeur pour contrôle. Notez la position et mesurez la taille de l image. e. L image est-elle plus grande ou plus petite que l objet? f. Quel est le nom de cette position particulière? g. Peut-on à nouveau obtenir une image si on rapproche encore l écran de l objet? Déplacez la lentille à OA= 27 cm de l objet, recommencez les mesures. Déplacez la lentille à OA = 7 cm de l objet, notez vos observations. h. À quelles conditions peut-on obtenir une image A B réelle, que l on peut projeter, d un objet réel AB? i. Pour chacune des situations précédentes, dressez un schéma à l échelle, sur papier millimétré (un bon entraînement échelle verticale 2, échelle horizontale 1/4); j. Calculez la valeur du grandissement γ (lettre grecque «gamma») : γ = A B AB k. Utilisez la relation de conjugaison pour calculez la valeur de OA, connaissant OA et OF. Comparez la valeur calculée de OA avec la valeur mesurée lors du TP et avec le résultat de la figure dressée sur papier millimétré.

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3 TP Spécialité n o 1 Mesures & compléments Toutes les distances seront mesurées par rapport au centre de la lentille. Il faut donc faire des soustractions par rapport aux indications du banc d optique. En cas de difficulté pour apprécier la netteté de l image formée sur l écran, s aider des petites irrégularités dans la découpe de l objet. Éviter de se placer dans les conditions 4f ou avec une distance objet-lentille égale à f pour avoir un bon résultat. Obtention d une image Mesure de l objet : 1 cm de haut. Avec la lentille de +20δ : à 7 cm de l objet, image à 17,4 cm, taille 2,6 cm; à 13 cm de l objet, image à 8,0 cm, taille 0,6 cm. Avec la lentille de +10δ : à 13 cm, image à 44 cm, taille 3,6 cm; à 20 cm, image à 20 cm, taille 1 cm : montage des 4f ; à 27 cm, image à 15,2 cm, taille 0,6 cm. Méthode de Bessel Essai avec la lentille de +10δ : positions à 11 cm et 139 cm de l objet. f = 1502 (139 11) = 10,2 cm et f = 1 = 10 cm 10 Essai avec la lentille de +5δ : positions à 22 cm et 127,5 cm. et Matériel f = 1502 (127,5 22) f = 1 = 20 cm 5 = 18,9 cm Au bureau : tableau magnétique avec lentilles et source à faisceaux, vidéoprojecteur. Par groupe : Lanterne avec son transformateur et ses fils à douilles de sécurité; banc d optique; 4 cavaliers «Sliding Saddle 1 Hole»; 2 porte lentilles et 2 clips ; 1 lentille de +5δ et 1 de +10δ ; 1 écran blanc; 1 objet lettre «1».

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5 Spécialité TP de Spécialité 1 Lentilles convergentes Au bureau Alimentation ±12 V Ensemble lampe aimantée + lentilles aimantées + support 1 banc d optique + accessoires 9 objets 1 9 lentilles +10 δ 9 lentilles +5 δ 8 groupes Banc d optique + accessoires