Coffret Français p 1 Version : 0109
1 Description Le coffret banc d optique est un ensemble complet permettant de réaliser facilement de nombreuses expériences élémentaires d optique. Il est composé, d une part, d un banc gradué de longueur 600 mm et, d autre part, d une multitude d accessoires. L ensemble de ces derniers est livré dans une caisse rigide permettant un rangement aisé. 2 Caractéristiques 2.1 Composition L ensemble est composé de : 1 banc gradué en mm, 600 x 60 x 20 mm (livré seul, en dehors de la caisse de rangement), 1 caisse de rangement, 425 x 310 x 150 mm, comprenant : - 6 cavaliers, - 1 source lumineuse 20 W, équipée de douilles de sécurité 4 mm, sur support, - 3 lentilles biconvexes Ø 50 mm, de focales +50 mm, +100 mm et +200 mm, - 2 lentilles biconcaves Ø 50 mm, de focales -100 mm et -200 mm, - 1 lentille demi-cylindrique Ø 60 mm, - 1 miroir métallique, - 1 diapositive 1 fente et 1 diapositive 5 fentes, - 1 diapositive 4 trous, - 1 diapositive «chiffre 1», - 1 réseau de diffraction, - 1 prisme type Crown 60 et 1 prisme verre 90, - 1 plateau porte prisme, - 3 filtres colorés 50 x 50 mm, - 1 polariseur linéaire, - 1 œil modélisé, - 4 éléments optiques, épaisseur 8 mm : 1 triangle isocèle 35 x 50 mm, 1 rectangle 60 x 32 mm, 1 ellipse 47 x 30, 1 lentille concave/plan, largeur 40 mm, - 1 cuve cylindrique Ø 50 mm, hauteur 50 mm, - 1 cuve hémicylindrique Ø 70 mm, hauteur 20 mm, - 1 bougie type «chauffe plat», - 1 disque gradué, - 1 écran translucide et 1 écran opaque, - 2 supports de diapositive, - 2 pieds supports pour banc, réglables. FRANÇAIS 2
2.2 Manipulations L ensemble permet de réaliser de nombreuses manipulations d optique géométrique telles que : - La propagation de la lumière, - L étude des ombres, - La décomposition de la lumière blanche, - L étude des couleurs, - L étude des lentilles et des miroirs, - La dispersion de la lumière, - Réflexion, réfraction, - L étude d instruments d optique, - La diffraction, - L étude des diaphragmes... 3 Mise en œuvre 3.1 Réglage du banc Le banc est livré avec 2 pieds supports qui se fixent à chaque extrémité du banc. Pour cela, insérer les petites tiges, situées sur la partie supérieure du pied, dans les encoches inférieures du banc. Les pieds sont munis de vis de réglages, permettant d ajuster facilement la hauteur du banc, en vissant ou dévissant les tiges filetées. 3.2 Installation des cavaliers Le coffret propose 6 cavaliers qui permettent d installer l ensemble des portecomposants. La mise en place d un cavalier s effectue en le glissant, par une extrémité du banc, dans les rainures prévues à cet effet. Une fenêtre de visualisation avec un index, permet de repérer aisément la position de chaque cavalier. 3.3 Montage des lentilles Chaque lentille doit être montée sur un porte-lentille en utilisant une bague de protection fournie. Dans un premier temps, retirer la bague de protection puis insérer la lentille choisie. Mettre en place ensuite la bague de protection en appuyant fortement sur celle-ci. FRANÇAIS 3
4 Expérimentations 4.1 Rappel Lentille convergente Une lentille est dite convergente lorsque celleci rapproche les rayons de l axe optique. Schématisation d une lentille convergente Lentille divergente Une lentille est dite divergente lorsque celle-ci éloigne les rayons de l axe optique. Schématisation d une lentille divergente Foyers Les lentilles sont des systèmes focaux. Les plans focaux objet et image sont les plans perpendiculaires à l axe optique et contenant respectivement F et F. A noter que : - le foyer objet et le foyer image d une lentille convergente sont réels. - le foyer objet et le foyer image d une lentille divergente sont virtuels. - d après le principe du retour inverse de la lumière, les foyers objet et image sont symétriques par rapport au centre optique et donc OF = OF Foyer objet d une lentille convergente Foyer image d une lentille convergente Foyer objet d une lentille divergente Foyer image d une lentille divergente FRANÇAIS 4
4.2 Exemples de manipulations 4.2.1 Détermination de la formule de conjugaison avec origine au centre Objectif : vérifier les formules de conjugaison et déterminer une distance focale. Matériel nécessaire : banc gradué, source lumineuse, diapositive «chiffre 1», 2 lentilles convergentes (L1 de focale connue F = 50 mm, et L2 de focale inconnue). Installer la source à une extrémité du banc. Placer la diapositive «chiffre 1», la lentille convergente L1 et l écran en s assurant que la lentille est à une distance supérieure à F de la diapositive et de l écran. Allumer la source. Déplacer l écran afin d observer une image nette du «chiffre 1». Mesurer OA et OA, ainsi que A B sur l écran. Déplacer cette fois-ci la lentille et reformer une autre image du «chiffre 1» sur l écran. Mesurer les nouvelles valeurs de OA et OA ainsi que de A B. Vérifier la formule de conjugaison : En gardant le même montage, il sera possible de déterminer la distance focale d une lentille L2 en formant sur l écran, une image du «chiffre 1» et en déterminant les distance OA et OA. De la même manière, calculer les rapports : et et vérifier qu ils sont identiques. Nous pourrons voir que le grandissement γ = = 4.2.2 Spectre de dispersion de la lumière blanche Objectif : étude d un prisme et d un réseau de diffraction Matériel : banc d optique, source lumineuse, diapositive «1 fente», lentille convergente F = 50 mm, prisme, réseau, disque gradué. Installer la source à une extrémité du banc avec la diapositive «1 fente» devant. Placer ensuite la lentille et l écran puis chercher l image de la fente sur l écran. Intercaler entre la lentille et l écran le prisme placé sur le disque gradué. Eclairer une des faces du prisme et vérifier que la lumière ne ressort que par une seule autre face. FRANÇAIS 5
Faire pivoter le disque afin de trouver le minimum de déviation. Le spectre de la lumière blanche s étale sur l écran. Observer que le violet est la couleur la plus déviée et que le rouge est celle la moins déviée. En remplaçant le prisme par un réseau de diffraction, nous observerons cette fois que le rouge est la couleur la plus déviée et le violet, la moins déviée. 4.2.3 Réflexion Réfraction Objectif n 1 : Réflexion Principe du galvanomètre Matériel : banc d optique, source lumineuse, diapositive «1 fente», disque gradué, miroir plan. Installer la source à une extrémité du banc avec la diapositive «1 fente» placée devant. Mettre en place le miroir sur le disque gradué, au milieu du banc. Allumer la source et noter les positions du miroir, du rayon incident et du rayon réfléchi. Faire pivoter le miroir autour d un axe vertical passant par le point d'incidence du rayon. Noter ainsi l ensemble des positions respectives du miroir et des rayons réfléchis correspondants. Constater que la différence entre les deux angles de réflexion est le double de celle des deux angles d'incidence. Objectif n 2 : Réflexion Réfraction totale Matériel : banc d optique, source lumineuse, diapositive «1 fente», disque gradué, lentille semi-circulaire Ø 60 mm. Installer la source à une extrémité du banc avec la diapositive «1 fente» placée devant. Mettre en place la lentille sur le disque gradué, au milieu du banc. Allumer la source et orienter la lentille de telle sorte que le rayon incident traverse celle-ci et arrive au centre de la surface plane avant de ressortir. Chercher l'angle d'incidence pour lequel le rayon réfracté disparaît et pour lequel il n'existe plus que le rayon réfléchi. En répétant plusieurs fois l'expérience, nous trouverons que cet angle d'incidence minimum a toujours la même valeur. Cet angle est appelé l angle limite : ic. Nous pourrons également constater que sin ic = 1/n FRANÇAIS 6
Objectif n 3 : Réfraction Matériel : banc d optique, source lumineuse, diapositive «1 fente», disque gradué, lentille semi-circulaire Ø 60 mm. Installer la source à une extrémité du banc avec la diapositive «1 fente» placée devant. Mettre en place la lentille sur le disque gradué, au milieu du banc. Allumer la source et orienter la lentille de telle sorte que le rayon incident arrive perpendiculairement à la surface plane et en son centre. Après avoir constaté que le rayon n était pas dévié, faites varier l angle d incidence de 0 à 90, en se servant des repères sur le disque gradué, de telle manière que le rayon incident arrive toujours au centre de la surface plane. Relever à chaque fois les angles d incidence i et de réflexion r puis calculer le rapport sin(i) / sin (r). Nous observerons que dans le cas de petits angles d'incidence, le rayon réfléchi sur la surface plane est peu lumineux et que le rayon réfracté est aussi lumineux que le rayon incident. De même, l intensité du rayon réfléchi augmente au fur et à mesure que l'angle d'incidence augmente. Nous constaterons également que le rayon réfracté possède des bords colorés. 4.2.4 Etude d un instrument d optique : le microscope Objectif : association de lentilles notion de grossissement Matériel : banc d optique, 2 lentilles (une de courte focale et l autre de grande focale), écran, un objet quelconque. Description : Le microscope simplifié est composé de 2 lentilles : l objectif et l oculaire. Le schéma optique sera le suivant : Le but est d obtenir une image agrandie de l objet AB. Pour cela, il est nécessaire que l objet en question soit placé à une distance supérieure à la focale de la lentille «objectif». Ainsi, nous obtenons une image réelle inversée plus grande que l objet : A B. Positionner la 2 ème lentille «oculaire» de telle sorte que l image agrandie soit dans son plan focal. L œil placé derrière l oculaire voit alors une image à «l infini» de l objet «agrandi». FRANÇAIS 7
5 Service après vente La garantie est de 2 ans, le matériel doit être retourné dans nos ateliers. Pour toutes réparations, réglages ou pièces détachées, veuillez contacter : JEULIN - SUPPORT TECHNIQUE Rue Jacques Monod BP 1900 27 019 EVREUX CEDEX France 0825 563 563 * * 0,15 TTC/ min à partir d'un poste fixe FRANÇAIS 8