T STL SPCL
Thème :
D’une image à l’autre
TP 6: Comment observer de petits objets ?
Objectifs : - Tracer le trajet du faisceau de lumière dans un système qui dirige ou concentre la lumière.
- Définir le grossissement et le pouvoir de résolution d'un microscope optique.
- Modéliser un microscope optique par un système optique simple.
- Réaliser et exploiter le tracé d'un faisceau de lumière pour décrire le principe du microscope.
1. L’éclairage de Köhler
Reproduire sur le banc d’optique le montage suivant :
L : lampe avec filament Co : Collecteur
DC : Diaphragme de champ DO : Diaphragme d’ouverture C : Condenseur
P : Préparation
Le diaphragme d’ouverture doit se trouver au niveau de l’image du filament de la lampe donnée par le collecteur ainsi que dans le plan focal du condenseur
La formation des images de qualité ne dépend pas que du matériel optique ( objectif, oculaire ) elle dépend aussi du mode d’éclairage.
Dans l’éclairage de Köhler on utilise deux diaphragmes et l’on obtient ainsi un éclairage uniforme avec un contraste maximum.
Un premier diaphragme, le diaphragme de champ ( DC ) placé contre le collecteur, est
un diaphragme à iris, il est utilisé comme source lumineuse. On règle le diamètre de l’iris et la position du diaphragme de façon que seul le champ d’observation soit éclairé.
Le diaphragme de champ règle donc le diamètre du faisceau lumineux qui arrive sur l’objet.
Le diaphragme d’ouverture ( DO ) permet de régler l’angle du cône de lumière qui pénètre dans le condenseur et qui éclaire la préparation en évitant des lumière parasites comme la lumière diffractée par la préparation.
L’éclairage monochromatique ou simplement filtré permet de voir des détails invisibles en lumière blanche du simple fait de l’absorption de ce rayonnement par les détails qui apparaîtront plus foncés.
2. MODELISATION DU MICROSCOPE PAR DEUX LENTILLES CONVERGENTES
- Réalisez, sur le banc optique, le montage schématisé ci-dessous.
Données : Vergence de l’objectif L1 = +8 Vergence de l’oculaire L2 = +3 Distance entre L1 et L2 = 90 cm
Question : A quel endroit doit se former l’image donnée par l’objectif L1 pour que l’image donnée par l’oculaire L2 se situe à l’infini ? Ecrire le calcul nécessaire.
………
………
… cm ? 90 cm
Objet Lentille L1 Lentille L2
O1 O2
F1 F’1 F2 F’2
Placer un écran à cet endroit et déplacer l’objet de façon à obtenir une image nette sur cet écran.
Distance entre l’objet et L1 = … cm ?
1. Caractéristiques et observation de l'image intermédiaire
L’image intermédiaire A1B1 de la flèche verticale AB de 0,5cm est-elle droite ou renversée ? Quelle est sa taille ? Quel est le grandissement 1 de cette image ?
………
………
2. Observation de l’image définitive
Retirer l’écran puis observer à travers l’oculaire l’image définitive A2B2 située en principe à l’infini.
Cette image est-elle droite ou renversée ? ……….
Rappeler ci-dessous les mesures ou calculs effectués : Objectif L1 : distance focale f1 = O1F’1 = ………
Oculaire L2 : distance focale f2 = O2F’2 = ………
Objet : AB = ………….. O1A = ……….. O1A1 = ………
Image intermédiaire : A1B1 = ………. O1A1 = ……… 1 = ………
3. Constructions des images et calcul de leurs positions
Le schéma ci-dessous représente le dispositif utilisé pour modéliser un microscope.
L’échelle est 1/10 sur l’axe horizontal et de 1 sur l’axe vertical.
Construire les images successives de la flèche verticale AB. Pour cela : - Placer et nommer les centres des lentilles et leurs foyers images et objets
- Tracer le rayon parallèle à l’axe optique passant par B (la position de l’objet n’est pas connue mais on connaît sa hauteur AB) et tracer son chemin après avoir traversé l’objectif
- Sachant dans quel plan se forme l’image intermédiaire A1B1 placer B1 et construire cette image.
- Sachant que le rayon traversant le centre d’une lentille n’est pas dévié placer B et l’objet AB.
- Construire l’image A2B2 de A1B1 à travers l’oculaire.
Vérifier les tailles et positions des images en particulier :
Objet : O1A = ……….. O1A1 = ………
Image intermédiaire : A1B1 = ……….
Calcul des positions (à faire à la maison)
A partir des seules données soient L1L2 = 90 cm ; AB =0,5cm ; f1 = 12,5cm ; f2 = 33cm , calculer O1A puis 1 et en déduire A1B1
L1 L2
3. GROSSISSEMENT
Rappel : on appelle diamètre apparent d’un objet l’angle sous lequel on le voit.
1- Définition : Le grossissement d’un microscope est égal au rapport de l’angle ’ sous lequel est vue l’image définitive A2B2 et de l’angle sous lequel on voit l’objet à l’œil nu c’est à dire à la distance dm = 0,25m de vision distincte.
2- Calcul du grossissement du microscope
- Effectuez le calcul de G pour le microscope modélisé.
Pour cela :
- Placer ’ sur le schéma précédent - Exprimer ’ en fonction de A1B1
- Exprimer (compléter le schéma ci-contre)
- Exprimer le grossissement G et montrer que G = 1 / G2
- Calculer ce grossissement
………
………
………
………
Remarque : l’indication inscrite sur l’objectif (40 par exemple) est son grandissement, celle inscrite sur l’oculaire (10 par exemple) est son grossissement : il suffit donc d’effectuer leur produit pour obtenir le grossissement du microscope (ici 400 fois)
3- Vérification expérimentale
- Vérifier que l’objet est 2,7 fois plus grand que l’objet placé sur le transparent.
- Observez simultanément l'image de l’objet au travers de l'oculaire et la feuille placée à 25cm de votre œil.
4. CERCLE OCULAIRE
Observation :
A l’aide de l’écran rechercher derrière l’oculaire l’endroit où le faisceau de lumière est le plus étroit.
Le disque lumineux observé est appelé cercle oculaire. C’est au cercle oculaire qu’il faut placer la pupille de l’œil pour recevoir toute la lumière issue de l’objet et qui a traversé le microscope.
Mesurer la distance oculaire-cercle oculaire : ………
Position du cercle oculaire : le cercle oculaire est l’image de l’objectif donnée par l’oculaire : voir l’exercice « microscope modélisé »
A
B
A1
L1
B1
F’1 F’2 F’2
L2
O1 O2
