1ere S
TP 12 Physique : Miroir plan et lentilles 2008-2009
Objectifs :
✗ Localiser et qualifier l'image donnée par un miroir plan.
✗ Démontrer par l'expérience les lois de Descartes de la réflexion.
✗ Étudier les lentilles.
I) Étude du miroir plan : I-1) L'expérience des deux bougies :
L'expérience est réalisée au bureau par le professeur.
Soit deux bougies identiques, placées de part et d'autre d'une plaque de verre (ou de plexiglas) maintenue verticalement.
On allume la bougie située au premier plan. On observe alors l'image de la flamme sur la vitre.
On déplace ensuite la bougie située en arrière plan de telle façon qu'elle paraisse allumée. On repère alors la position des deux bougies ainsi que celle de la vitre.
a- Faire un schéma de l'expérience.
b- Que peut-on dire de la position des deux bougies si on veut voir la deuxième bougie
« allumée » grâce à l'image de la première ?
c- Imaginons la même expérience avec un objet non symétrique. Pourrait-on superposer l'image et l'objet ? (Pensez à l'image de votre main dans un miroir).
I-2) Les lois de la réflexion :
➢ 1 ere loi de Descartes de la réflexion : L'expérience est réalisée au bureau par le professeur Diriger le faisceau d'un laser vers un miroir plan selon une direction quelconque.
a- Dans quel plan se trouve le rayon réfléchi ? Indiquer le nom courant de ce plan.
b- En déduire la première loi de Descartes sur la réflexion.
➢ 2 e loi de Descartes de la réflexion :
On dispose d'un disque gradué en angle à la façon d'un rapporteur pouvant effectuer une libre rotation, d'un miroir plan et d'un faisceau de lumière blanche.
c- Reproduire le schéma ci-dessus et représenter un rayon incident et le rayon réfléchi correspondant.
d- Définir ainsi les angles d'incidence i et de réflexion r.
e- Effectuer plusieurs mesures de r pour différentes valeurs de i.
f- Conclure. Énoncer la deuxième loi de Descartes sur la réflexion.
II) Étude des lentilles :
II-1) Comment distinguer les différents types de lentilles ?
➔ Poser sur le texte du TP une des lentilles prise dans la boite de lentilles. Éloigner la lentement du texte en regardant à travers. Qu'observe-t-on ?
➔ Refaire cette expérience avec toutes les lentilles présentes dans la boite et classez les en deux catégories.
Normale au miroir
➔ Pour chaque lentille, est indiquée sur la boite une certaine valeur. Il s'agit de la vergence de la lentille (nous reviendrons plus tard sur la signification de cette grandeur). Classer alors les lentilles en deux catégories par rapport au signe de cette grandeur.
➔ Comparer ce classement au précédent.
Conclure. Les catégories obtenues sont-elles constituées des mêmes lentilles ? II-2) Mesure de la distance focale d'une lentille :
➢ Expérience :
1. Diriger l'axe optique (axe perpendiculaire au plan de la lentille) d'une lentille dont la vergence est positive vers un objet lointain bien éclairé (ex : tube néon du plafond).
2. Réaliser une mise au point en déplaçant l'écran (ou la lentille) afin d'obtenir une image bien nette sur l'écran.
3. Mesurer alors la distance séparant la lentille de l'écran. Cette distance est appelée distance focale de la lentille notée f'.
4. Présenter l'autre face de la lentille vers l'objet lointain. Refaire la mesure de le distance focale.
➢ Questions :
a) La distance focale dépend-elle de la face d'entrée de la lumière dans la lentille ?
b) Comparer la valeur de la vergence de la lentille à l'inverse de la valeur de sa distance focale.
c) Conclure. Donner la relation qui lie la distance focale d'une lentille à sa vergence. On précisera les unités.
II-3) Influence de la distance lentille-objet sur les caractéristiques de l'image :
Nous allons utiliser un banc d'optique, sur lequel on pourra placer un objet (source de lumière + lettre F), une lentille et un écran.
➢ Expérience :
1. Choisir une lentille de vergence positive et calculer sa distance focale à partir de la valeur de sa vergence.
2. Placer l'objet de telle sorte que la distance objet-lentille soit supérieure à la distance focale de la lentille. Déplacer l'écran de telle sorte que l'image obtenue sur l'écran soit nette.
3. Rapprocher alors l'objet de la lentille de quelques centimètres.
Comment faut-il alors déplacer l'écran pour obtenir une image nette ?
4. Vérifier que lorsque la distance objet-lentille est à peine supérieure à la distance focale, l'image peut-être visualisée sur un écran ou un mur éloigné de la lentille.
5. Est-il possible d'obtenir une image sur l'écran lorsque la distance objet lentille est inférieure à la distance focale ?
6. Placer un œil derrière la lentille lorsque la distance lentille-objet est inférieure à la distance focale.
Qu'observe-t-on ?
➢ Questions :
a) Lorsque l'on diminue la distance objet-lentille, la distance lentille image augmente-t-elle ou diminue-t-elle ? La taille de l'image renversée augmente-t-elle ou diminue-t-elle ?
b) Lorsque la distance objet lentille est égale à la distance focale de la lentille, ou est située l'image par rapport à la lentille ?
c) Lorsque la distance objet-lentille est inférieure à la distance focale, l'image est-elle visible sur un écran ? Est-elle visible à l'œil nu ?
d) En déduire alors si dans cette configuration l'image de l'objet est située devant ou derrière la lentille. (L'avant de la lentille correspond à la face qui reçoit de la lumière). Cette image est-elle droit ou renversée ? Plus petit ou plus grande que l'objet ?
e) Quel instrument d'optique d'usage courant est utilisé dans ces conditions ?
