2. Image d’un objet à travers une lentille convergente

(1)

F O F’

TP 20

Caractéristiques des lentilles minces Caractéristiques des lentilles minces

convergentes convergentes

Objectif de la séance :

- Étude des positions relatives objet, lentille et image (de l’objet).

1. Trajet de rayons particuliers

Rappels :

Propriété de la lentille utilisée

2. Image d’un objet à travers une lentille convergente

Principe :

A l’aide d’un banc d’optique (voir dessin ci-dessous), on souhaite observer l’image, à travers une lentille mince convergente, d’un objet situé sur son axe optique : on cherche l'image de l'objet (lettre F) donnée par la lentille sur un écran.

(L)

(L) (L)

(2)

Conventions de notation :

Objet AB Lettre F (ou D ou P)

(éclairée par la lampe) - On note A la position de l'objet sur le banc optique.

Lentille (L) Distance focale : f ’= 0,2 m = 200 mm

Vergence : C = + 5,0 δ - La position de la lentille est repérée par le point O.

Image A’B’ Image de la lettre F (observée sur l’écran)

- La position de l'image est notée A' sur le banc d’optique.

Remarque : lorsque l'image est située après la lentille, l'image est appelée image réelle et on peut la former sur un écran. Si l'image est située avant la lentille, l'image est appelée image virtuelle et elle ne peut pas se former sur un écran.

Protocole expérimental :

 Positionner le support de la lampe sur la graduation 0 cm du banc optique : dans ce cas l'objet est placé sur la graduation 0 cm.

 Placer la lentille à 50 cm de l'objet (^OA=  50 cm) et rechercher une image la plus nette possible en déplaçant l'écran. Compléter la ligne correspondante dans le tableau ci-dessous.

 Recommencer l’étape  pour ÔA=  40 cm, ÔA=  30 cm puis ÔA=  20 cm et enfin ÔA=  10 cm.

Tableau des résultats

Cas n° Distance lentille-objet Observation de l’image Taille de l’image par rapport à l’objet

 Supérieure à 2 fois la distance focale OA =  500 mm

Distance^OA' Hauteur A 'B' Envers / endroit Réelle / virtuelle

Plus grande Plus petite De même taille

 Égale à 2 fois la distance focale OA =  400 mm



Inférieure à 2 fois la distance focale mais supérieure à la distance focale

OA =  300 mm

 Égale à la distance focale OA =  200 mm

(3)

Sens de propagation de la lumière

+

AIDE POUR LE COMPTE RENDU AIDE POUR LE COMPTE RENDU

1. Trajet de rayons particuliers

Compléter les schémas et rappeler, pour chaque figure à compléter, la propriété de la lentille qui a permis de la compléter.

2. Image d’un objet à travers une lentille convergente

Reprendre chacun des cas étudiés lors de la séance expérimentale et construire graphiquement l'image A'B' de l'objet AB à travers la lentille convergente sur les schémas ci-dessous.

 Pour chaque cas, indiquer / comparer les caractéristiques de l’image obtenue par construction avec les observations expérimentales.

Caractéristiques de l’image

Cas n°1 : AO 2 f '

Cas n°2 : AO 2 f '

Cas n°3 : ' AO 2 '

f   f

Cas n°4 : AO f '

(4)

3. Étude du cas d'une loupe (cas n°5 : AO f ^'₎ Q1. Peut-on former une image sur l'écran ?Q1.

On peut observer l'image en regardant l'objet P à travers la lentille : mettre son œil derrière la lentille pour observer son image.

Q2. L'image se forme-t-elle avant ou après la lentille ?Q2.

Q3. Quels sont son sens et sa taille par rapport à l'objet ?Q3.

Q4. Construire graphiquement l'image A'B' de l'objet AB à travers la lentille convergente dans ce cas particulier sur leQ4.

schéma ci-dessous :

Caractéristiques de l’image

Cas n°5 : AO f '

Q5.

Q5. Comparer les caractéristiques de l’image obtenue par construction avec les observations expérimentales.

4. Conclusion

Quelle(s) conclusion(s) peut-on tirer des différentes observations ? 5. Pour aller plus loin (facultatif)

Citer un métier dans lequel on utilise des lentilles. En faire une brève description.

(5)

Barème du compte-rendu Barème du compte-rendu

1) Trajet de rayons particulier

- Schéma complété et énoncé correct de la propriété utilisée pour le compléter

(3  0,5 pt) (3  0,5 pt) 3 pts 2) Image d’un objet à travers une lentille convergente (cas n°1, 2, 3 et 4)

- Constructions géométriques correctes avec indication d’échelle (4  1 pt) 4 pts

- Caractéristiques de l’image (4  1 pt) 4 pts

- Comparaison avec les observations expérimentales (4  0,5 pt) 2 pts 3) Étude du cas d'une loupe (cas n°5)

- Réponses aux questions [ Q1, Q2, Q3 ] (3  1 pt) 3 pts

- Construction géométrique correcte avec indication d’échelle 1 pt - Comparaison avec les observations expérimentales [question e)] 1 pt 4) Conclusion

- Conclusion correcte 1 pt

Présentation, objectifs, rédaction, propreté, orthographe, … 1 pt

Note obtenue 20 pts /20

(6)

F

F’ (D)

O A

B

CORRECTION CORRECTION

Trajet de rayons particuliers

Propriété de la lentille utilisée

Tout rayon passant par le centre optique d'une lentille mince ne subit aucune déviation

Tout rayon incident parallèle à l'axe optique d'une lentille convergente émerge en

passant par le foyer principal image F' Tout rayon incident passant par le foyer principal objet F d'une lentille convergente émerge parallèlement à l'axe optique de cette lentille

Image d’un objet à travers une lentille convergente

 Objet placé devant le foyer principal objet F : OA  OF

(D) : axe optique AB : objet

F : foyer principal objet A’B’ : image réelle renversée F’ : foyer principal image OF = OF’ = f (distance focale)

 Objet placé au foyer principal objet F de la lentille : OA = OF

F : foyer principal objet A’B’ : image à l’infini F’ : foyer principal image OF = OF’ = f (distance focale)

(7)

F : foyer principal objet A’B’ : image virtuelle droite F’ : foyer principal image OF = OF’ = f (distance focale)

(8)

FICHE TP N°20 -

FICHE TP N°20 - Caractéristiques des lentilles minces Caractéristiques des lentilles minces convergentes

convergentes

Type d’activité : Activité expérimentale (TP 1,5 h)

Conditions de mise en œuvre : manipulation en binômes.

Pré- requis :

 Réfraction.

 Propagation rectiligne de la lumière.

NOTIONS ET CONTENUS COMPETENCES ATTENDUES

Lentilles minces convergentes : images réelle et virtuelle.

Distance focale, vergence.

Relation de conjugaison ; grandissement

Déterminer graphiquement la position, la grandeur et le sens de l’image d’un objet-plan donnée par une lentille convergente.

Modéliser le comportement d’une lentille mince convergente à partir d’une série de mesures.

Compétences transversales :

- Rechercher, extraire, organiser des informations utiles ; - Raisonner, argumenter, démontrer ;

- Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer à l’aide d’un langage adapté.

Matériel (par table) : - Banc d’optique

- Lentille mince f ’ = 0,2 m (C = + 5,0 δ) + support - Objet (lettre F) + support

- Source de lumière pour éclairer l’objet + support - 1 écran + support

Bureau professeur :

- Kit Ovio, laser + lentilles (kit d’optique magnétique pour tableau blanc).

Déroulement de la séance :

1

^ÈRE

PARTIE : T ajet e ayons pa ticulie s r d r r r

Retour sur une expérience de cours : le trajet des rayons particuliers à travers une lentille convergente.

 Les élèves complètent leur feuille (1^ère partie)

2

^ND

PARTIE : Image ’un objet à t ave s une lentille conve gente d r r r

Par binôme : Réalisation expérimentale et construction géométrique des 3 cas possibles de positions d’un objet Remarque : pour une lentille de 4  (f ’ = 25 cm = 250 mm), les distances pour placer l’objet sont :

 Supérieure à 2 fois la distance focale (^OA =  600 mm)

 Égale à 2 fois la distance focale (^OA =  500 mm)

 Inférieure à 2 fois la distance focale mais supérieure à la distance focale (^OA =  350 mm)

 Égale à la distance focale (^OA =  250 mm)

(9)

DOCUMENT PROFESSEUR DOCUMENT PROFESSEUR

Compétences évaluées :

- Analyser des résultats expérimentaux - Les confronter à des résultats théoriques

- Protocole : Agir en suivant un protocole fourni (texte ou schéma) - Trier des informations

- Décrire un graphique

- Utiliser un vocabulaire scientifique

- Construire un graphique à la main et savoir l’utiliser - Montages au banc d’optique :

Alignement des différents éléments

Réglage de la source : focalisation, limitation du faisceau Mesures sur le banc

Localisation qualitative de l’image

Obtention et netteté de l’image sur un écran Mesure de distance focale