TP : Image formée par une lentille mince

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1 Nom : Prénom: n groupe: TP : Image formée par une lentille mince Commentaires : Compétence expérimentale: Compte rendu: Bilan: 1)Généralités sur les lentilles 1.1)Deux types de lentilles Les lentilles minces : Une lentille est un milieu transparent limité par deux surfaces dont l'une au moins n'est pas plane. D: Diamètre d'ouverture. e: Epaisseur. Une lentille est dite mince si son épaisseur e est faible devant son diamètre D. Classification des lentilles minces : Lentilles à bords minces : Lentille biconvexe Lentille plan convexe Ménisque convergent Symbole Lentilles à bords épais : Lentille biconcave Lentille plan concave Ménisque divergent Symbole 1.2)Rappels sur les lois de la réfraction Première loi de la réfraction : Lorsque la lumière passe d'un milieu d'indice de réfraction n 1 dans un milieu d'indice de réfraction n 2, le rayon réfracté est situé dans le plan d'incidence. Seconde loi de la réfraction : Lorsque la lumière passe d'un milieu d'indice de réfraction n 1 dans un milieu d'indice de réfraction n 2, les angles d'incidence et de réfraction sont liés par la relation: n 1.sin(i 1 )=n 2.sin(i 2 ).

2 1.3)Principe de fonctionnement d'une lentille convergente L'indice de réfraction du milieu transparent (n 1 ) étant supérieur à celui de l'air (n 2 =1), l'angle i 2 est supérieur à l'angle i 1 (à cause de la par la relation: n 1.sin(i 1 )=n 2.sin(i 2 )). Les rayons lumineux issus de la lentille vont donc converger en un point. Une lentille mince à bords minces est convergente. 1.4)Un peu de vocabulaire... Une lentille est caractérisée par : Un centre optique O Un axe optique Un foyer objet F Un foyer image F' symétrique de F par rapport à O Par convention le sens de propagation de la lumière sera toujours identique. Le sens de propagation d la lumière impose l'utilisations de valeurs algébriques suivantes : OF ' > 0 OF < 0 On appelle plan focal le plan passant par un foyer et orthogonal à l'axe optique. 2)Propriétés d'une lentille mince convergente 2.1)Expèrience 1 Tracer la marche des rayons Quelle conclusion pouvez vous formuler sur les rayons qui passent par le centre optique?

3 Conclusion : 2.2)Expèrience 2 Tracer la marche des rayon Quelle conclusion pouvez vous formuler sur les rayons qui sont parallèles à l'axe optique? 2.3)Expèrience 3 Tracer la marche des rayon Quelle conclusion pouvez vous formuler sur les rayons qui passent par le foyer objet F d'une lentille convergente? 2.4)Distance focale et vergence d'une lentille convergente La distance focale f' d'une lentille convergente est la distance foyer image. Cette distance est exprimée en mètres. La vergence C d'une lentille est l'inverse de la distance focale : C= dioptries δ Exemples : Calculer la vergence d'une lentille de distance focale 200mm. OF ' entre le centre optique et le 1 OF ' elle est exprimée en Calculer la distance focale d'une lentille de vergence 8δ.

4 3)Image d'un objet donnée par une lentille mince convergente 3.1)Recherche de l'image d'un objet donnée par une lentille mince OA f ' L'objet est constitué par la lette F placée devant la source de lumière. On note A la position de l'objet sur le banc optique. La lentille convergente est repérée par le point O, sa distance focale est f'=125mm. (C=8δ) On cherche l'image de l'objet donnée par la lentille sur l'écran. La position de l'image obtenue sur l'écran est notée A'. Placer la lentille à 30cm de l'objet (OA=30cm) et cherchez une image nette sur l'écran en déplaçant celui-ci. Mesurez la taille de l'objet et la taille de son image. Faire de même pour OA=25cm et OA = 15cm Taille de l'objet = Distance OA en cm ,5 7 Distance OA' en cm Taille de l'image par rapport à l'objet Sens de l'image par rapport à l'objet Comment varie OA' lorsque OA diminue? Comment varie la taille de l'image de objet lorsque OA' diminue? Tracer graphiquement l'image de l'objet lorsque OA>2f '

5 Que remarquez vous au sujet de la position, et de la taille de l'image formée? Tracer graphiquement l'image de l'objet lorsque OA=2f ' Que remarquez vous au sujet de la position, et de la taille de l'image formée? Tracer graphiquement l'image de l'objet lorsque OA=f ' Que remarquez vous au sujet de la position, et de la taille de l'image formée?

6 Conclusion : Une image est réelle si tous les rayons qui lui parviennent sont réels (Une image peut se former sur un écran). Si une image A' est réelle, le faisceau émergeant converge vers l'image et de ce fait (une image réelle est située à droite de la lentille). 3.2)Etude du cas ou OA<f ' Placer l'objet tel que OA=10cm Est-il possible de former une image sur l'écran? Que se passe-t-il lorsque vous regardez l'objet à travers la lentille? Faites une schéma expliquant la situation : Observez à l'aide du simulateur optique ce que vous venez de réliser expèrimentalement. Lancer l'application opti-banc. Conclusion : Une image est virtuelle si au moins un des rayons qui lui parviennent est virtuel (il est nécessaire de le prolonger jusqu'à l'image). Si une image A' est virtuelle, le faisceau émergeant diverge à partir de l'image et de ce fait (une image virtuelle est située à gauche de la lentille).

7 4)Relation de conjugaison et de grandissement 4.1)Relation de conjugaison Une lentille de centre optique O et de distance focale f' donne d'un point A situé sur l'axe optique un point image A', conjugué de A, dont la position sur l'axe optique est donnée par la relation de conjugaison : OA' = OA + f ' OA' et OA sont des mesures algébriques des distances OA' et OA. affectées d'un signe. 4.2)Relation de grandissement Le grandissement γ de l'image par rapport à l'objet est défini par : γ = A ' B ' AB = OA' OA OA' et OA sont donc 4.3)Applications 1)Avec la lentille de distance focale f'=33,3cm (3δ), calculer la position de l'image d'un objet situé à 50,0cm à gauche de la lentille. 2)Calculer la taille de l'image 3)Vérifier expérimentalement vos calculs. 4)Reprendre les calculs dans le cas ou l'objet est situé à 20cm à gauche de la lentille. 5)Etudier le cas où l'objet est à l'infini 6)Etudier le cas ou l'objet est dans le plan focal objet de la lentille.

8 5)Conditions de Gauss On obtient une image de qualité, si à chaque point objet correspond un point image. La lentille est alors utilisée dans les conditions de Gauss. 5.1)Expèrience 1 Sur le banc optique placer l'objet à 60cm de la lentille de 3δ. Former l'image de l'objet sur l'écran. Ajouter successivement les diaphragmes et observer. 1)Noter vos observations : Conclusion : 5.2)Expèrience 2 Conserver les mêmes réglages que précédement. Faire pivoter légèrement la lentille sur son axe. 1)Noter vos observations : Conclusion :