Activité 1 : Formation d une image Objectifs : Décrire le modèle de l œil réduit et le mettre en correspondance avec l œil réel. Déterminer graphiquement la position, la grandeur et le sens de l image d un objet-plan donnée par une lentille convergente. I Lentille et œil Chez l ophtalmologue, la mesure de l acuité visuelle d un œil s effectue en lisant une succession de lettres de taille décroissante sur un tableau situé à quelques mètres. La lumière entre par la pupille de l œil pour que l image se forme sur la rétine après le passage dans le cristallin. Document 1 : Œil et sa modélisation Document 2 : Instruments d optique 1
1 / Quel phénomène est à l origine du changement de direction des rayons lumineux à l entrée du cristallin? Faire un schéma du phénomène. APP Il s agit du phénomène de réfraction, c est-à-dire du changement de direction de la lumière lorsqu elle passe d un milieu transparent à un autre. 2 / Quels sont les rôles de l iris, du cristallin, et de la rétine? APP L iris contrôle la quantité de lumière entrant dans l œil. Le cristallin dévie le rayon lumineux afin qu une image nette de l objet se forme sur la rétine La rétine transforme le signal lumineux en signal électrique qui sera transmis au cerveau par le nerf optique 3 / Par quoi pourrait-on modéliser l iris le cristallin et la rétine en laboratoire? APP L iris : Le diaphragme Le cristallin : La lentille convergente La rétine : un écran 4 / Proposer une modélisation optique de l œil réel sous forme d un schéma. ANA Cette modélisation est appelé modèle de l œil réduit. 5 / Justifier pourquoi la distance entre la lentille et l écran doit rester constante dans le modèle de l œil réduit. ANA La forme de l œil ne change pas. Les distances sont donc conservées. II Lentille convergente L observation de la propagation de quelques rayons lumineux permet de comprendre la formation de l image d un objet par une lentille. Comment obtenir l image donnée par une lentille convergente? 2
Document 1 : Modélisation d une lentille convergente Le point O symbolise le centre optique de la lentille et la droite Δ est son axe optique. Document 2 : Les rayons lumineux Règle 1 : Tout rayon lumineux passant par le centre optique O d une lentille ne subit aucune déviation Règle 2 : Tout rayon lumineux arrivant parallèle à l axe optique émerge de la lentille en passant par le foyer image point de l axe optique noté F Règle 3 : Tout rayon lumineux passant par le foyer objet, point de l axe optique noté F, émerge de la lentille parallèlement Les points F et F sont symétriques par rapport au point O : OF=OF Document 3 : Construction d une image L image d un segment [AB] perpendiculaire à l axe optique est un segment [A B ] perpendiculaire à l axe optique Schéma incomplet de la construction de l image [A B ] d un objet [AB] 3
1 / Associer à chaque expérience du document 2 la règle correspondante. APP 1 / D après les règles énoncées on a les correspondances suivantes : Règle 1 => expérience 1 Règle 2 => expérience 3 Règle 3 => expérience 2 2 / Sur le schéma du document 3, prolonger les rayons tracés après leur passage dans la lentille à l aide des règles de construction. REA A X B X Pour le rayon rouge on applique la règle 2 : tout rayon lumineux arrivant parallèle à l axe optique émerge de la lentille en passant par le foyer image point de l axe optique noté F Pour le rayon bleu on applique la règle 1 : tout rayon lumineux passant par le centre optique O d une lentille ne subit aucune déviation Pour le rayon vert on applique la règle 3 : tout rayon lumineux passant par le foyer objet, point de l axe optique noté F, émerge de la lentille parallèlement Les rayons issus de B se croisent en B après leur passage à travers la lentille. 3 / Représenter sur le schéma l image [A B ] de l objet [AB]. ANA D après le document 3 on a l image d un segment [AB] perpendiculaire à l axe optique est un segment [A B ] perpendiculaire à l axe optique. De plus, les rayons issus de B se croisent en B après leur passage à travers la lentille. On peut ainsi représenter [A B ] sur le graphique précédent. 4 / À l aide d une construction graphique, déterminer la position, la taille et le sens de l image conjuguée A B de AB. REA, ANA 4
Tableau de compétences Compétences S approprier Analyser Réaliser Capacités attendues Extraire les informations Exploiter les informations extraites Réaliser un schéma 5