1L : Représentation visuelle du monde Chapitre 1 : Formation des images par une lentille Cours 1. Vision d un objet : Un objet ne peut être vu que s il émet de la lumière et que celle-ci pénètre dans l œil de l observateur. Dans les milieux transparents et homogènes, la lumière se propage en ligne droite. (Voir Activité 1) Exemple : L air et l eau sont des milieux transparents. 2. Les deux types de lentilles : Comment les différencier? a) Lentille convergente : Les lentilles convergentes font converger vers l axe optique un faisceau incident de lumière parallèle. Elles sont bombées (convexes ou à bord minces). Si de telles lentilles sont placées à quelques centimètres d un texte, elles le grossissent : une loupe est une lentille convergente (Voir Activité 1) Symbole d une lentille convergente : Axe optique b) Lentille divergente : Les lentilles divergentes font diverger de l axe optique un faisceau incident de lumière parallèle. Elles sont creusées (concaves ou à bords épais). Si de telles lentilles sont placées à quelques centimètres d un texte, elles le rétrécissent. (Voir Activité 1) Symbole d une lentille divergente : Axe optique 3. Caractéristiques d une lentille convergente : Voir figure ci- contre Une lentille L convergente est caractérisée par : Son centre optique Son axe optique ( ) ( ) F Son foyer objet F Son foyer image F L F F et F sont symétriques par rapport au centre optique, c est-à-dire que : F = F Une lentille est caractérisée par sa distance focale f = F ou par sa vergence C. Ces deux grandeurs sont liées par la relation suivante : C = 1 f La vergence C s exprime en dioptrie dont le symbole est. La distance focale f s exprime en mètre (m) 1L : Formation des images par une lentille 1/5
La vergence C d une lentille convergente est positive. La vergence C d une lentille divergente est négative. Plus la distance focale f d une lentille est faible, plus celle-ci est convergente. Le plan perpendiculaire à l axe optique passant par le foyer image F est appelée plan focale image. 4. btention d une image nette d un objet par une lentille convergente. L image d un objet AB par une lentille convergente est obtenue en traçant les images A et B des points A et B à travers la lentille. La position et la taille de l image A B dépendent de la position de l objet AB par rapport à la lentille. Des rayons caractéristiques permettent d obtenir cette image A B : Tout rayon incident parallèle à l axe optique émerge de la lentille en passant par le foyer image F. Tout rayon passant par le centre optique de la lentille n est pas dévié. Remarque : Des rayons incidents parallèles entre eux proviennent d un objet situé à l infini. Exemple : B A F F A B L image A B de l objet AB est renversée et plus petite car la distance A est supérieure à la distance focale F. bjectifs principaux du chapitre : voir exercices d application Reconnaître une lentille convergente d une lentille divergente par une méthode au choix Utiliser la relation de la vergence, et connaître la signification de son signe Savoir qu à tout point d un objet correspond un point image obtenu par la lentille Tracer l image d un objet plan par une lentille convergente Lire sur un schéma la position, la taille et le sens d une image. 1L : Formation des images par une lentille 2/5
1L : Représentation visuelle du monde Chapitre 1 Exercices d application : formation des images par une lentille I. Reconnaître le type de lentille Exercice 1 : Critères de distinction n dispose de plusieurs lentilles que l on souhaite classer. Certaines sont plus ou moins bombées, d autres ont leurs bords plus larges que le centre. Elles portent toutes une inscription +2 +8-4 ou -8 Certaines sont plus lourdes que d autres. a. Que représentent les indications +2 +8-4 ou -8 figurant sur ces lentilles? b. Que signifient les signes + et -? c. Quels sont les critères cités dans le texte qui permettent de différencier les lentilles convergentes des lentilles divergentes? d. Calculer les distances focales f des lentilles de vergence +2 et +8 e. Laquelle est la plus convergente? Quel est son aspect? Exercice 2 : Etude d un verre de lunettes n veut déterminer si un verre de lunettes est convergent ou divergent. Mais la monture empêche de reconnaître la forme du verre. n place alors ce verre à quelques centimètres d un texte qui apparaît plus petit. Un opticien indique que la distance focale de ce verre est de 20 cm. a. A quel type de lentille correspond ce verre? b. Quelle est sa forme? c. Calculer sa vergence C? Exercice 3 : Le Soleil et la loupe n concentre les rayons du soleil sur un écran à l aide d une loupe. Le faisceau de lumière se concentre en un point M situé à 10 cm de la loupe. a. Pourquoi les rayons du Soleil sont-ils considérés comme parallèles entre eux? b. La loupe est-elle une lentille convergente ou divergente? c. Représenter cette expérience par un schéma optique. d. De quel point objet, le point M est-il l image? e. Que représente le point M pour la loupe? En déduire sa distance focale f. f. Calculer la vergence C de la loupe. II. Construire et interpréter l image d un objet plan par une lentille convergente Exercice 1 : Caractéristiques de l image d un objet n considère une lentille convergente de distance focale f = 20 cm, et de centre optique. n cherche la position de l image A B d un objet en fonction de la distance A, entre l objet et la lentille. L objet AB a une hauteur de 1 cm. Dans une première expérience, on place l objet AB à une distance A = 70 cm de la lentille. a. Représenter ci-dessous, à l échelle horizontale 1/10 et à l échelle verticale 1/1, le montage optique qui correspond à cette expérience, en positionnant la lentille, son centre optique, l objet AB et le foyer image F en tenant compte des deux échelles. b. Construire sur le schéma ci-dessus l image A B de l objet AB, en faisant apparaître les rayons lumineux. c. L image A B obtenue est-elle droite ou inversée? agrandie ou rétrécie? d. Quelle est sa taille? 1L : Formation des images par une lentille 3/5
Exercice 2 : Image d un objet en fonction de la distance objet-lentille Reprendre l exercice précédent avec les distances objets-lentille A suivantes : A = 30 cm A = 40 cm et A = 20 cm n gardera l échelle 1/1 en verticale mais en prendra l échelle 1/20 en horizontal. Peut-on construire l image dans le cas où A = 20 cm? Exercice 3 : Fonctionnement de l appareil photo (objet à l infini) Le schéma ci-dessous modélise le fonctionnement d un appareil photo : L objectif de distance focale 50 mm est modélisé par une seule lentille. Le diaphragme limite l intensité du faisceau lumineux entrant dans l appareil. L image A B de l objet AB à photographier doit se former sur la pellicule pour être nette. bjet B A Diaphragme Pellicule a. Par quel type de lentille l objectif est-il représenté? b. L image de l objet AB est-elle droite ou renversée? Placer les points images A et B sur le schéma. c. Quelle est la distance entre la lentille et la pellicule quand les rayons issus de l objet arrivent parallèles entre eux sur la lentille (objet à l infini)? 1L : Formation des images par une lentille 4/5
Exercice 4 : Fonctionnement de l appareil photo (la mise au point) Avec le même appareil photo que l exercice précédent, on photographie un objet AB de 2 cm de hauteur situé à 160 mm de la lentille. La pellicule est toujours à 5 cm de l objectif, dans le plan focal image de la lentille. Cette fois-ci, il faut faire la mise au point car l objet n est plus à l infini. a. Tracer ci-dessous, à l échelle 1/2, un schéma simplifié du dispositif en représentant l objet, la lentille et la pellicule. b. Construire sur le schéma précédent l image A B de l objet AB. Cette image sur la pellicule est-elle nette? c. A quelle distance de la pellicule se forme l image A B? Tenir compte de l échelle. d. De quelle distance faut-il déplacer la lentille pour que l image nette de l objet se forme sur la pellicule? Comment s appelle cette opération? e. Représenter, sur le schéma ci-dessous toujours à l échelle 1/2, la lentille décalée et montrer que l image de l objet se forme bien sur la pellicule. 1L : Formation des images par une lentille 5/5