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1 DEVOIR SURVEILLÉ SCIENCES PHYSIQUES PREMIÈRE S THÈME : OBSERVER VISION IMAGE COULEUR DS 0 A 0 NOM :... PRÉNOM :... CLASSE :... DATE :... On prendra soin tout au long du devoir de justifier et de rédiger chacune des réponses ( pt pour le soin et le respect de la règle des chiffres significatifs et des unités) I. Mesure de la distance focale. Un élève dispose d une lentille convergente de distance focale inconnue. On cherche à déterminer cette distance focale. ) Décrire une méthode simple permettant d obtenir une valeur approchée de la distance focale de la lentille. Lorsqu on tente d obtenir l image nette d un objet très éloigné de la lentille on sait qu elle se forme près de son foyer image d autant plus près que l objet est éloigné. Il suffit donc d obtenir l image d un objet très éloigné et de mesurer la distance qui sépare l image de la lentille qui correspond en première approximation à la distance focale de la lentille ) Afin d en faire une mesure plus précise, on place sur un banc d optique : - un objet lumineux AB de,0 cm de hauteur en face de la graduation 0, A étant sur l axe optique. - un écran en face de la graduation 80,0 cm. - une lentille entre l objet et l écran. Pour une position particulière de la lentille, on observe sur l écran une image nette notée A B, renversée et mesurant,0 cm de hauteur. a- Sur un schéma à l échelle /0 horizontalement et / verticalement, représenter l objet AB et son image A B. 6 p b- Par une construction géométrique que vous justifierez, déterminez la position du centre optique O de la lentille ainsi que celle du foyer principal image F. Justification de la construction : -... P osition de O le rayon incident issu de B qui n est pas dévié par la lentille passe par le centre optique de la lentille O situé à l intersection de ce rayon avec l axe optique de la lentille (tracé bleu) -... P osition de F une fois le centre optique de la lentille placée sur le croquis. On trace le rayon incident issu de B parallèle à l axe optique qui émerge en passant par l image B' de B et on le sait coupe celui- ci en F (tracé jaune) c- En déduire par lecture sur le schéma la distance focale f de la lentille et la valeur de. La mesure OF donne environ,9 cm sur le croquis soit 9 cm soit OF' + 9 cm d- A l aide de la relation de grandissement et de la relation de Chasles + AA, retrouver la valeur de Les seules données connues sont

2 AA 80,0 cm AB,0 cm A'B' -,0 cm On nous dit d utiliser les relations de grandissement et la relation de Chasles appliquée à AA pour déterminer par le calcul γ A B AB qui peut être déterminé car nous connaissons AB et A B γ -,0/,0 -,0 (le rapport négatif car il est dit que l image est renversée) AA' AO + ' On dispose de deux équations à deux inconnues et (a) -,0 (b) AA' AO + ' On recherche La méthode consiste à exprimer en fonction de à partir de l équation (a) et de substituer l expression de trouvée dans (b) L équation (a) permet d écrire,0 On substitue dans (b) Sachant que AO,0 On factorise dans le but d isoler l inconnue dans un membre de l égalité AA + AA 3,0. D où,0 3. AA, cm 3 e- En utilisant la relation de conjugaison, retrouver par le calcul la distance focale de la lentille. OF ' On sait que : 53 cm Il nous faut déterminer La relation du grandissement (a) nous permet d obtenir la valeur de,0 53-7cm,0

3 OF ' OF ( ) ( 53-7 ) OF 9 cm ce qui est conforme à la lecture du croquis II. Utilisation d une loupe Pour examiner les détails de clichés sur pellicule, un photographe utilise une lentille de distance focale f 4,0cm et de diamètre 4,0cm. Il observe un détail de,cm de hauteur placé à,5cm de la lentille. 7 p ) Faire un schéma de la situation à l échelle. voir la construction ci- dessous B' B A' F A O F' ) Compléter le schéma précédent pour construire l image A B du détail. voir la construction ci- dessus on relève -,5 cm; ' - 6,7 cm ; AB, cm; A'B' 3, cm 3) Quelles sont les caractéristiques de l image? L image est : droite, de taille plus grande que celle de l objet et virtuelle car on ne peut la recueillir sur un écran (située en amont de la lentille) les rayons lumineux qui nous permettent de la voir semblent provenir d une image située avant la lentille (ces rayons qui émergent ne sont pas issus réellement de cette image) 4) Quelle est la valeur du grandissement? - Par lecture sur le graphique : A'B' 3, cm AB, cm γ A B AB +3,,7 ou bien γ +, 5) Vérifier par le calcul a- la position de l image, de la relation de conjugaison on tire +6,7+,5,7

4 ' + ' 4,0,5 ' OF et donc ' ( 4,0,5 ) 6,7 cm -,5 + 4,0 l image est bien située en amont de la lentille car <0 b- le grandissement γ,5 cm et 6,7 cm γ 6,7/,5,7 le signe positif du grandissement nous conforte dans notre observation car l image est bien droite la valeur,7 nous indique que l image est plus grande que l objet c- la taille de l image. de la relation de grandissement γ A B AB on tire A B γ AB soit A B,7, 3, cm ce qui est très proche de la lecture sur le croquis le signe est le même que celui de AB l image est donc bien droite III. Couleurs des objets Le dessin ci- contre est tiré sur une imprimante à jet d'encre qui n'utilise que trois types de cartouches: cyan, magenta et jaune. Pour chacun des éléments de la photo (anorak, pantalon, gants, chaussures de ski, skis, ciel, neige, yeux) déterminer quelles sont les encres utilisées. (cocher les encres utilisées) Objet Couleur cyan magenta jaune anorak Rouge pantalon Cyan ciel Bleu neige Blanc chaussures Magenta gants Jaune yeux Noir IV. Lumières colorées : Couleurs métamères 4p

5 Des lumières de compositions spectrales différentes peuvent produire la même perception colorée : on parle alors de couleurs métamères. Ci contre les spectres de telles lumières. Le spectre est celui d une lampe colorée du commerce Le spectre est celui d une lampe à vapeur de sodium. ) Quelle est la couleur perçue de la lumière, justifier la réponse a- Du spectre ()?la couleur de lumière perçue par ce spectre est jaune (absence des radiations bleues, elle active les cônes vert et rouge de l œil) c est une lumière polychromatique b- Du spectre ()? la couleur de la lumière perçue par ce spectre apparait jaune (elle active les cônes verts et rouges de l oeil) également mais c est une lumière de couleur spectrale monochromatique On éclaire une pomme, perçue verte (en lumière blanche) ) De quelles couleurs apparaîtra la pomme ces pommes? c- Sous la lumière () La pomme verte (en lumière blanche) absorbe le rouge et le bleu et diffuse les radiations vertes présentes dans la lumière polychromatique du spectre Elle apparaîtra donc verte dans ce cas d- Sous la lumière () La pomme verte (en lumière blanche) absorbe le rouge et le bleu et diffuser une gamme de radiations dont la lumière spectrale (qui apparait jaune ) qu elle reçoit elle apparaîtra donc jaune e- Justifier en complétant les schémas ci contres f- Quelle type de synthèse des couleurs est mise en œuvre dans ces deux cas? Dans ces deux cas la synthèse mise en œuvre est une synthèse soustractive Sous la lumière () Sous la lumière ()

6 DEVOIR SURVEILLÉ SCIENCES PHYSIQUES PREMIÈRE S THÈME : OBSERVER VISION IMAGE COULEUR DS 0 A 0 NOM :... PRÉNOM :... CLASSE :... DATE :... On prendra soin tout au long du devoir de justifier et de rédiger chacune des réponses ( pt pour le soin et le respect de la règle des chiffres significatifs et des unités) I. Mesure de la distance focale. Un élève dispose d une lentille convergente de distance focale inconnue. On cherche à déterminer cette distance focale. ) Décrire une méthode simple permettant d obtenir une valeur approchée de la distance focale de la lentille. Lorsqu on tente d obtenir l image nette d un objet très éloigné de la lentille on sait qu elle se forme près de son foyer image d autant plus près que l objet est éloigné. Il suffit donc d obtenir l image d un objet très éloigné et de mesurer la distance qui sépare l image de la lentille qui correspond en première approximation à la distance focale de la lentille ) Afin d en faire une mesure plus précise, on place sur un banc d optique : - un objet lumineux AB de,5 cm de hauteur en face de la graduation 0, A étant sur l axe optique. - un écran en face de la graduation 80,0 cm. - une lentille entre l objet et l écran. Pour une position particulière de la lentille, on observe sur l écran une image nette notée A B, renversée et mesurant 3,0 cm de hauteur. a- Sur un schéma à l échelle /0 horizontalement et / verticalement, représenter l objet AB et son image A B. 6 p B A O F' A' b- Par une construction géométrique que vous justifierez, déterminez la position du centre optique O de la lentille ainsi que celle du foyer principal image F. Justification de la construction : -... P osition de Ole rayon incident issu de B qui n est pas dévié par la lentille passe par le centre optique de la lentille O situé à l intersection de ce rayon avec l axe optique de la lentille (tracé bleu) -... P osition de F une fois le centre optique de la lentille placée sur le croquis. On trace le rayon incident issu de B parallèle à l axe optique qui émerge en passant par l image B' de B et on le sait coupe celui- ci en F (tracé jaune) c- En déduire par lecture sur le schéma la distance focale f de la lentille et la valeur de. B' La mesure OF donne environ,8 cm sur le croquis soit 8 cm soit OF' + 8 cm f- A l aide de la relation de grandissement et de la relation de Chasles + AA, retrouver la valeur de

7 Les seules données connues sont AA 80,0 cm AB,5 cm A'B' - 3,0 cm On nous dit d utiliser les relations de grandissement et la relation de Chasles appliquée à AA pour déterminer par le calcul γ A B AB qui peut être déterminé car nous connaissons AB et A B γ - 3,0,5 négatif car il est dit que l image est renversée) -,0 (le rapport AA' AO + ' On dispose de deux équations à deux inconnues et (a) -,0 (b) AA' AO + ' On recherche La méthode consiste à exprimer en fonction de à partir de l équation (a) et de substituer l expression de trouvée dans (b) L équation (a) permet d écrire,0 On substitue dans (b) Sachant que AO,0 On factorise dans le but d isoler l inconnue dans un membre de l égalité AA + AA 3,0. D où,0 3. AA, cm 3 g- En utilisant la relation de conjugaison, retrouver par le calcul la distance focale de la lentille. OF ' On sait que : 53 cm Il nous faut déterminer La relation du grandissement (a) nous permet d obtenir la valeur de,0

8 53-7cm,0 OF ' OF ( ) ( 53-7 ) OF 9 cm ce qui est conforme à la lecture du croquis II. Utilisation d une loupe Pour examiner les détails de clichés sur pellicule, un photographe utilise une lentille de distance focale f 3,0cm et de diamètre 3,0cm. Il observe un détail de,0 cm de hauteur placé à,5cm de la lentille. 7 p ) Faire un schéma de la situation à l échelle. voir la construction ci- dessous B' B F A' A O F' ) Compléter le schéma précédent pour construire l image A B du détail. voir la construction ci- dessus on relève OF 3,0 cm; -,5 cm; ' - 3,0 cm; AB,0 cm; A'B',0 cm 3) Quelles sont les caractéristiques de l image? L image est : droite, de taille deux fois plus grande que celle de l objet et virtuelle car on ne peut la recueillir sur un écran (située en amont de la lentille) les rayons lumineux qui nous permettent de la voir semblent provenir d une image située avant la lentille (ces rayons qui émergent ne sont pas issus réellement de cette image) 4) Quelle est la valeur du grandissement? Par lecture sur le graphique : A'B',0 cm AB,0 cm γ A B AB +,0 ou bien γ +,0 5) Vérifier par le calcul a- la position de l image, de la relation de conjugaison on tire ' + OF et donc ' ' 3,0,5 ' ( 3,0,5 ) 3,0 cm +3,0+,5 -,5 + 3,0

9 l image est bien située en amont de la lentille car <0 b- le grandissement γ,5 cm et 3,0 cm γ 3,0,5,0 le signe positif du grandissement nous conforte dans notre observation car l image est bien droite la valeur,7 nous indique que l image est plus grande que l objet c- la taille de l image. de la relation de grandissement γ A B AB on tire A B γ AB soit A B,0,0 3,0 cm ce qui est très proche de la lecture sur le croquis le signe est le même que celui de AB l image est donc bien droite III. Couleurs des objets Le dessin ci- contre est tiré sur une imprimante à jet d'encre qui n'utilise que trois types de cartouches: cyan, magenta et jaune. Pour chacun des éléments de la photo (anorak, pantalon, gants, chaussures de ski, skis, ciel, neige, yeux) déterminer quelles sont les encres utilisées. (cocher les encres utilisées) Objet Couleur cyan magenta jaune yeux Noir gants Jaune ciel Bleu anorak Rouge chaussures Magenta neige Blanc pantalon Cyan IV. Lumières colorées : Couleurs métamères Des lumières de compositions spectrales différentes peuvent produire la même perception colorée : on parle alors de couleurs métamères. Ci contre les spectres de telles lumières. Le spectre est celui d une lampe colorée du commerce Le spectre est celui d une lampe à vapeur de sodium. ) Quelle est la couleur perçue de la lumière, justifier la réponse a- Du spectre ()? la couleur de la lumière perçue par ce spectre est jaune (elle active les cônes rouge et vert de l oeil) mais c est une lumière de couleur spectrale monochromatique b- Du spectre ()? la couleur de lumière perçue par ce spectre est jaune ( elle active les cônes rouges et verts de Sous la lumière () 4p

10 l oeil) (absence des radiations bleues) c est une lumière polychromatique On éclaire une pomme, perçue rouge (en lumière blanche) ) De quelles couleurs apparaîtra la pomme ces pommes? a- Sous la lumière () La pomme rouge en lumière blanche (absorbe le vert et le bleu) et ne diffuse que les radiations rouges avec la lumière du spectre elle reçoit du vert et du rouge, la pomme va diffuser uniquement les radiations rouges qu elle reçoit Elle apparaîtra donc rouge sous la lumière polychromatique correspondant au spectre b- Sous la lumière () La pomme rouge ne peut pas diffuser la lumière spectrale (que l œil voit jaune) qu elle reçoit car elle ne diffuse que le rouge et donc elle apparaîtra donc noire c- Justifier en complétant les schémas ci contres d- Quelle type de synthèse des couleurs est mise en œuvre dans ces deux cas? Dans ces deux cas la synthèse mise en œuvre est une synthèse soustractive Sous la lumière ()

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