Thème : ObserverCorrection TP : Le modèle de l’œil, les lentilles convergentesTP 1A

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S Thème : Observer

Correction TP : Le modèle de l’œil, les lentilles convergentes

^{TP 1A}

Objectifs :

• Comprendre le fonctionnement d'un œil,

• connaître les caractéristiques et les propriétés des lentilles minces convergentes,

• savoir déterminer graphiquement la position de l'image d'un objet-plan par une lentille mince convergente.

I- A la découverte de l'oeil et de son modèle :

Questions :

1- Dans un milieu transparent et homogène la lumière se déplace en ligne droite.

2- L'ensemble cornée-cristallin a pour rôle de faire converger les rayons lumineux entrant dans l'oeil, vers la rétine.On peut comparer cet ensemble à une lentille convergente.

3- Le rôle de l'iris est de faire varier le diamètre de la pupille pour laisser entrer plus ou moins de lumière, on peut le comparer à un diaphragme.

4- La rétine est constituée de photorécepteurs qui captent la lumière. On peut la comparer à un écran.

5- L'oeil peut-être modélisé en optique par un système constitué d'un diaphragme, d'une lentille convergente, et d'un écran.

II- Les lentilles minces convergentes:

II-1) Définition et schématisation :

Une lentille mince est milieu transparent et homogène constitué de verre ou de matière plastique. On distingue deux types de lentilles :

➔

les lentilles convergentes

➔

les lentilles divergentes

Une lentille mince est caractérisée par :

➢

un centre optique : O

➢

un axe optique (axe perpendiculaire à la lentille passant par le centre optique).

➢

Un foyer image : F'

➢

Un foyer objet : F (symétrique de F' par rapport à O)

TP 1A Le modèle de l’œil et les lentilles convergentes 1/4

pupille Iris

Cristallin

Rétine

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II-2) Étude de rayons caractéristiques :

Un rayon lumineux passant par le centre optique n'est pas dévié.

Tout rayon incident passant par le

foyer objet émerge

parallèlement à l’axe optique.

Tout rayon incident parallèle à l’axe optique émerge par le foyer image.

Vocabulaire : rayon incident = rayon qui arrive sur la lentille rayon émergent = rayon qui a traversé la lentille.

II-3) Distance focale et vergence :

Une lentille mince est caractérisée par sa distance focale ou sa vergence.

➢ La distance focale notée f' correspond à la distance algébrique en mètre entre le centre optique O et le foyer image F' : f '=OF '=−OF

➢ La vergence C qui se mesure en dioptrie (δ) est l'inverse de la distance focale : C=

1

f '=

1

OF ' Questions :

a) Calcul des distances focales des deux lentilles :

• f '=

1

C=

1

5

= 0,20 m = 20 cm

• f '=

1

C=

1

10

= 0,10 m = 10 cm b) Calcul de la vergence de la lentille :

C= 1

f ' or f' = 200 mm = 0,200 mm soit C= 1

0,200 ^{= 5,00 δ}

III) Construction d'un modèle de l'oeil :

On peut modéliser un œil par une lentille mince convergente et un écran.

Remarque : L'image A'B' d'un objet plan AB renvoyée par une lentille mince est dite :

• réelle si elle est située après la lentille, on peut la former sur un écran

• virtuelle si elle est située avant la lentille, on ne peut pas la former sur un écran

Expérience : Sur le banc optique, placer l'objet, la lentille (C = 10δ) et l'écran de façon à avoir une image nette sur l'écran.

Questions :

1- L'image obtenue est réelle, renversée et plus petite que l'objet.

2- L'image devient floue si on approche légèrement l'objet de la lentille.

3- Pour obtenir une image nette lorsqu'on fait varier la distance de l'objet par rapport à la lentille on peut :

• déplacer l'écran

• changer le lentille par une lentille de distance focale différente.

TP 1A Le modèle de l’œil et les lentilles convergentes 2/4

Un rayon lumineux incident passant par le centre optique de la lentille n'est pas dévié

Tout rayon passant par le foyer objet

émerge de la lentille parallèle à l'axe optique

Tout rayon incident arrivant parallèle à l'axe optique

émerge de la lentille en passant par le foyer image F'

2 3

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4- Pour conserver une image nette sur la rétine quelle que soit la position de l'objet, l'oeil est obligé de modifier la vergence (donc la distance focale) de sa lentille en modifiant la forme du cristallin. C'est le phénomène d'accomodation.

IV) Construction graphique de l'image A'B' d'un objet AB donné par une lentille mince convergente :

Méthode : Pour construire l'image A'B' d'un objet-plan AB, il suffit de construire 2 des 3 rayons caractéristiques à partir de B. (on peut construire les trois pour davantage de précision)

B' se trouvera à l'intersection des rayons émergents de la lentille ou à l'intersection des prolongements des rayons émergents de la lentille.

A' se trouve sur l'axe optique, à la verticale de B'.

Travail à faire :

Construire l'image de l'objet AB dans chacun des cas suivants et donner les caractéristiques de cette image.

Vérifier systématiquement le résultat sur le banc optique.

Caractéristiques de l'image : L'image est réelle, renversée et plus petite que l'objet.

.Caractéristiques de l'image : L'image est réelle, renversée et de même taille que l'objet.

Caractéristiques de l'images : L'image est virtuelle, droite et plus grande que l'objet.

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Caractéristiques de l'image : L'image est virtuelle, droite, et plus grande que l'objet.