Comment mesurer la distance focale f d une lentille convergente?

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1 Comment mesurer la distance focale f d une lentille convergente? 4 méthodes sont proposées : - Méthode de la mesure à l infini (TP n 1) - Méthode d'auto collimation (TP n 2) - Méthode de Silbermann (TP n 3) - Méthode de Bessel (TP n 4)

2 Comment mesurer la distance focale f d une lentille convergente? Objectifs : - Mettre en œuvre et comparer plusieurs méthodes permettant de déterminer la distance focale f d une lentille convergente, et donc sa vergence, - Utiliser les bancs optiques disponibles en plateforme de prêt ou sur le site de la Coupole, - Réinvestir les capacités et les connaissances développées lors de séquences menées au lycée ou à la Coupole, en situation de CCF dont la problématique pourrait être de déterminer la distance focale d une lentille Organisation de la séance : - 2 élèves par TP, donc 8 élèves qui tournent sur les 4 TP. - Temps estimé : 1h 30 min environ Matériel : - la valise et le banc optique, une règle et un ordinateur pour l animation Géogébra du TP n 1

3 TP n 1 : Déterminer la distance focale f d une lentille par la méthode de la mesure à l infini : Parmi les 4 lentilles notées L 1, L 2, L 3 et L 4 déterminer celle qui est divergente : La lentille divergente est la lentille : car. Ranger la lentille divergente, vous allez maintenant déterminer la distance focale f des 3 lentilles convergentes : Animation Géogébra : ouvrir le fichier «création_image» A l aide du curseur, augmenter la distance OA et noter comment évoluent la position et la taille de l image A B :.... Utilisons le fait suivant : «L image d un objet placé à l infini se forme au foyer image d une lentille convergente» Si l objet est à une distance minimale D de 2 m de la lentille, on peut considérer qu il est à l infini. (D > 10f ) Mesures des distances focales f : Sur la table de la salle de classe : positionner la lentille L 1 à la verticale de la lampe située au plafond. Déplacer la lentille jusqu à obtenir sur la table, l image de la lampe la plus nette possible. Mesurer à l aide d une règle, la distance entre la lentille et la table. Elle est très voisine de la distance focale. Compléter alors le tableau : Recommencer la même opération avec les 2 autres lentilles. Méthode de la mesure à l infini Distance focale f mesurée en cm f en m Lentille L 1.. Lentille L 2. Lentille L 3.

4 TP n 2 : Déterminer la distance focale f d une lentille par la méthode d AUTO COLLIMATION : Matériel : banc optique, source lumineuse, 3 lentilles notées L 1, L 2, L 3 etun objet (la lettre P) et un miroir. Montage : Objet : P Source lumineuse Miroir Lentille Pour cela vous allez coller un miroir derrière chaque lentille et déplacer l ensemble jusqu'à l obtention d une image nette sur l objet. L objet, collé devant la source lumineuse, est placé en 0 sur le banc optique. Méthode d auto collimation Distance focale f en cm f en m Lentille L 1. Lentille L 2. Lentille L 3.

5 TP n 3 : Déterminer la distance focale f d une lentille par la méthode de SILBERMANN : Matériel : banc optique, source lumineuse, 3 lentilles notées L 1, L 2, L 3, un objet (la lettre P) et un écran. a) Détermination de la distance focale de la lentille L 1. Montage : Objet : P Écran d d D 1 Chercher la position de la lentille L 1 et de l écran pour obtenir une image nette lorsque les distances d et d sont égales. Dans le tableau, entourer la bonne réponse d en cm d' en cm Image nette 5 5 Oui - Non Oui - Non Oui - Non Oui - Non Oui - Non Mesurer la distance D 1 séparant l objet de l écran : D 1 = Calculer la distance focale f en utilisant la relation : f 1 = D f' 1 = cm = m b) Déterminer de la même manière la distance focale de la lentille L 2 D 2 =. f' 2 = D 2 = cm = m 4 c) Déterminer de la même manière la distance focale de la lentille L 3 D 3 =. f' 3 = D 3 = cm =.. m 4

6 TP n 4 : Déterminer la distance focale f d une lentille par la méthode de BESSEL : Matériel : banc optique, source lumineuse, 3 lentilles notées L 1, L 2, L 3 un objet (la lettre P) et un écran. Montage : Régler la distance entre l objet et l écran à D = 80 cm. Il existe 2 positions de la lentille pour lesquelles on obtient une image nette sur l écran. Position 1 Position 2 Écran Objet : P d D = 80 cm Mesures : Déplacer la lentille A afin d obtenir une image nette sur l écran. Noter la première position Noter la deuxième position. Calculer la distance d entre les deux positions de la lentille et compléter le tableau. Recommencer les mesures avec les lentilles L 2 et L 3 Exploitation : La distance focale f de la lentille s obtient à partir de la formule : f = D2 d 2 4D avec D et d en mètre D en mètre d en mètre Calcul de f en m Lentille L 1 0,8. Lentille L 2 0,8.. Lentille L 3 0,8..

7 Méthode de la mesure à l infini Méthode d auto collimation Méthode de SILBERMANN Méthode de BESSEL Conclusion : Regrouper les résultats des 4 TP dans le tableau ci-dessous et calculer la vergence C pour chaque méthode : Rappel : la vergence C d une lentille se calcule à partir de la distance focale f exprimée en mètre avec la relation : C = où C s exprime en dioptrie ( ) f f' en m C f' en m C f' en m C f' en m C Lentille L 1 Lentille L 2 Lentille L Comparer les valeurs obtenues par ces 4 méthodes avec les valeurs données par le fabricant et conclure. Distance focale f en m Vergence en dioptrie Lentille L 1 0,05 20 Lentille L 2 0,2 5 Lentille L 3 0,1 10