Niveau Exercice : Tracer de rayon / Compléter le tracé de chaque rayon lumineux : Chapitre : Vision et image Correction : Correction :
Chapitre : Vision et image Exercice 2 : Œil et modèle de l œil / Sur le schéma ci-contre, associer chaque numéro à la légende appropriée : A / milieux transparents B / Iris C / Rétine Milieux transparents : 2 Iris : Rétine : 3 2 / Par quels éléments d optique l œil peut-il est modélisé? L œil peut être modélisé par un diaphragme, une lentille convergente et un écran. 3 / Schématisé ce modèle. 4 / Indiquer à quelles parties de l œil correspondent les éléments du modèle. Le diaphragme modélise l iris, la lentille modélise les milieux transparents de l œil et l écran modélise la rétine. Exercice 3 : Construction d image Niveau 2 Un appareil photographique numérique est équipé d un objectif assimilable à une lentille convergente de distance focale 30 mm. Une rose de 4,0 cm de hauteur est située à 2 cm de l appareil. On place la base de la rose sur l axe optique de la lentille constituant l objectif de l appareil. / Schématiser la situation, en respectant l échelle suivante : cm sur le schéma représente 2 cm horizontalement et 2 cm verticalement. 2 / Construire l image de la rose donnée par l objectif. 2
Chapitre : Vision et image 3 / Comparer l image et l objet. L image est renversée et plus petite que l objet. 4 / En déduire à quelle distance de l objectif le capteur doit être placé pour que l image soit nette. Le capteur doit être situé à l endroit où se forme l image. Sur le schéma, on peut mesurer 2,0 cm entre la lentille et l image ce qui avec l échelle représente 4,0 cm en réalité. Le capteur doit donc être placé à 4,0 cm de l objectif. 5 / Quelle est la taille de l image. Sur le schéma, l image mesure 7,0 mm, ce qui représente,4 cm dans la réalité. Exercice 4 : Relation de conjugaison Une lentille convergente de centre optique O donne d un point A situé sur l axe () une image A / Compléter le tableau suivant : 7,7 cm -5 cm 5,0 cm 3 cm -5 cm 7,0 cm 0 cm -5 cm 6,0 cm 0 cm -23 cm 7,0 cm D après la relation de conjugaison on a : Pour remplir la première colonne on isole dans la relation de conjugaison cela nous donne : On remplace ensuite et par leur valeur (exemple première ligne) 0,050 0,5 On simplifie en réalisant le calcul : 3 0,077 7,7 Pour remplir la seconde colonne on repart de la relation de conjugaison mais on isole cette fois-ci : 3
Chapitre : Vision et image On remplace ensuite et par leur valeur 0,0 0,07 6,7 0,23 Pour remplir la dernière colonne on utilise directement la relation de conjugaison : On remplace ensuite et par leur valeur 0,0 0,5 0,06 6 Exercice 5 : Déterminer la position d une image Une lentille a pour distance focale 0,0. L objet [AB] a une taille de 5,0 cm. / Par calcul déterminer la position de l image [A B ] d un objet situé : A 30,0 cm avant la lentille Ici on cherche la distance. D après la relation de conjugaison on peut écrire : 0,00 0,300 0,50 5,0 Dans une position infiniment éloignée avant la lentille Lorsque l objet est situé à l infini l image se forme dans le plan du foyer image de la lentille donc à une distance 0,0 2 / Calculer la taille de l image [A B ] à l aide de la relation de grandissement dans le cas où l objet est à 30 cm de la lentille. On sait que : On isole : 0,50. 0,300.0,0502,5.0 2,5 Niveau 3 Exercice : A la recherche de la distance focale Une lentille donne d un objet une image réelle située à 45 cm de cet objet. 4
Chapitre : Vision et image / Rappeler le propriété d un rayon lumineux passant par le centre optique d une lentille et le tracer. Un rayon passant par le centre optique n est pas dévié. 2 / Rappeler le propriété d un rayon lumineux qui émerge en passant par le foyer image de la lentille et le tracer. Un rayon incident parallèle à l axe optique émerge de la lentille en passant par le foyer image F. 3 / En déduire la distance focale de la lentille. La distance focale f de cette lentille est égale à la distance OF. La distance focale f, aux imprécisions de mesure près, peut être évaluée à 0 cm. Exercice 6 : Image dans un appareil photographique L objectif d un appareil photographique est assimilé à une lentille convergente de distance focale 20. Il donne, d un objet vertical [AB] situé 30 cm avant la lentille et de cm de hauteur une image [A B ]. Pour calculer la taille de l image on peut utiliser la relation de grandissement : Or il nous manque et. On peut obtenir à l aide de la relation de conjugaison. Ici on cherche la distance. D après la relation de conjugaison on peut écrire : 5
On sait que : On isole : 0,020 0,300 0,02 2, 0,02. 0,300.0,07.0 0,7 Chapitre : Vision et image La taille de l image est de de 0,7 mm et elle est renversée par rapport à l objet. Exercice 7 : Appreil photographique d un téléphone portable Les téléphones portables actuels sont équipés d un appareil photographique numérique performant. L objectif est une lentille liquide dont la distance focale peut changer sous l effet d une tension électrique. Il n y a plus de déplacement de l objectif pour effectuer la mise au point (plus de moteur), donc un gain de place et d énergie. / Montrer graphiquement que dans le cas d une lentille liquide, la distance focale doit diminuer pour que l image reste sur le capteur lorsque l objet s approche. 2 / L appareil photographique d une portable possède une lentille liquide dont la distance focale peut varier entre 5,5 mm et 6,0 mm. A / Quelle est la distance fixe qui sépare l objectif du capteur? Comme la distance focale diminue lorsque l objet s approche, la plus grande distance focale correspond à un objet à l infini. Or, dans ce cas l image se forme dans le plan focal image. La distance fique qui sépare l objectif du capteur est donc égale à 6,0 mm. B / Calculer la distance minimale de prise de vue. D après la question précédente on sait que 6,0. Lorsque l objet est au plus proche la distance focale est minimale donc 5,5. Il faut donc calculer à l aide de la relation de conjugaison : 6,0.0 5,5.0 6
Chapitre : Vision et image 0,066 6,6 L objet peut se situer à une distance minimale de 6,6 cm de l objectif. 7