formation
d'une image par une lentille convergente
I)la lentille convergente
Q1 Observez les différentes lentilles. Laisse-t-elle passer la lumière ? Quelle est leur forme ?
1) définition
Une lentille est un milieu
transparent limité par deux surfaces dont l’une au moins n' est pas plane.
En optique, on utilise
généralement des lentilles sphériques. On étudiera les lentilles convergentes
qui équipent la plupart des dispositifs optiques (microscope et lunette
astronomique).
lentille
convergente :
convexe biconvexe
symbole
II)points et rayons particuliers pour une lentille convergente
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Q2 Quels sont les 3 points particuliers d’une lentille convergente ?
Q3 Décrire ce qui se passe lorsqu’un rayon lumineux passe par chacun de ces points.
1) Centre optique O
Si l’on néglige l’épaisseur de
la lentille, l’axe optique coupe celle-ci en un point appelé
___________________.
Un
rayon lumineux passant par le centre optique d’une lentille mince convergente
___________________________
2) Foyers principaux image F’ et objet F
foyer principal objet (F) et image (F’)
Soit un rayon incident,
parallèle à l’axe optique d’une lentille convergente. Celui ci émerge en passant par un point de cet axe
situé après la lentille. Ce point est
appelé _______________________. Il est noté F’.
Tout rayon incident passant
par le foyer principal objet noté F et situé sur l’axe optique avant la
lentille, émerge __________________ ________________ _________________________
3) distance focale d’une lentille convergente
Q4 Utiliser le logiciel
précédent et faire varier la distance focale de la lentille. Quelle distance est
modifiée ?
Q5 Régler la
distance entre l’objet et la lentille à l’infini. A quelle distance va se
former l’image d’un objet à l’infini ? Donner une méthode pour déterminer
la distance focale d’une lentille.
On
appelle distance focale image f’ de la lentille la valeur :
_____________________
4) Détermination expérimentale d’une distance focale.
Q6 Déterminer la
distance focale des deux lentilles mises à votre disposition. Expliquez votre
méthode.
5) plans focaux image et objet
Les plans orthogonaux à l’axe
optique de la lentille et passant par les foyers sont appelés plans focaux. Une
lentille a donc un plan focal objet et un plan focal image.
Schéma récapitulatif
II) image et objet
1)définition
Une petite source lumineuse A
considérée comme ponctuelle, envoie des rayons lumineux vers une lentille
convergente. Dans certaines conditions, les rayons sortant de la lentille, ou
leurs prolongements, passent tous par un même point A’. On dit
que A est un objet ponctuel et que A’ est son image ponctuelle
2) expérience
Placer sur le banc d’optique un
objet AB sur le repère 0 de la règle graduée. Placer une lentille convergente
de distance focale f’ = 100 mm sur le banc ainsi qu’un écran sur lequel vous
aller recueillir l’image nette A’B’
de cette objet.
Q7 Placer
l’objet AB à une distance inférieure à f’. Déplacer l’écran, peut-on recueillir
l’image A’B’ de cet obje t ?
Q8 Placer maintenant l’objet AB à une distance
supérieure à f’. Chercher, en déplaçant l’écran, la position de son image A’B’. Que remarquez vous sur la distance
OA’ entre l’image A’B’ et la lentille quand :
- l’objet
s’éloigne de la lentille (distance OA augmente)?
–
l’objet se rapproche de la lentille
Q9 Dans quel
intervalle de distance l’image A’B’ est-elle :
- agrandie par rapport à l’objet ?
- rétrécie ?
Q10 L’image
A’B’ est-elle inversée ou dans le même sens que l’objet ?
Q11 Lorsque
l’objet est placé à une distance OA>10.f’ on admet quelle se trouve à
l’infini de la lentille. Régler OA>10.f’. Quelle est alors la distance entre
l’image A’B’ et la lentille ? Ca vous rappelle une distance ?
Laquelle ?
3) conclusion, caractéristiques d'une image
Pour qu’une image puisse être
recueillie sur un écran il faut que la position de l'objet soit
____________________
L’image est dite réelle.
Si f’ < OA < 2f’ l’image est ___________________ et
____________________
Si OA> 2.f’ l’image
est ______________ et
__________
Si OA> 10.f’ l’image est
_____________ et ______________ , elle se forme à une distance égale à
_________________
III) Construction géométrique d’une image
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1) étude de la construction d’une image
Q12 Observer comment on construit géométriquement l’image d’un objet par la lentille. Quelles sont les 3 rayons qu’il faut tracer d’un point de l’objet pour trouver son image ? Expliquer votre méthode.
2) exercices de construction d’image
On utilisera l’échelle 1 cm représente 10 cm dans la réalité sur l’axe des x et 1 cm représente 1 cm sur l’axe des y. On prendra la lentille de distance focale f’ = 10 cm.
a) Dans la réalité la distance OA = 30 cm. AB = 1cm. Déterminer par construction graphique l’image A’B’ de AB. Relever la taille et la distance OA’. Vérifier qu’on retrouve les mêmes valeurs sur le banc d’optique.
b) Même question pour OA = 10.f’