27/09/2016 P01_relation_conjugaison_oeil_appareil_photo.doc 1/3
NOM : ... Prénom : ... Classe : 1ère S ..
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1ère S Thème : Couleurs et images TP n°5
Physique Relation de conjugaison - Œil et appareil photographique Chap.1
Objectifs
Utiliser la relation de conjugaison d’une lentille convergente
Modéliser la formation d’image sur la rétine de l’œil
Mettre en évidence l’intérêt de la « mise au point » d’un appareil photographique Matériel
Un banc d’optique gradué
Une lanterne qui éclaire notre objet d’étude : le F.
Des supports coulissants où placer les lentilles I. Relation de conjugaison
Un point objet A donne à travers une lentille un seul point image A’ appelé le point conjugué dont la position est déterminée graphiquement.
Les distances OA et OA’ obéissent alors à une relation mathématique appelée relation de conjugaison : 1
OA' – 1
OA
= C qui peut s’écrire aussi 1 OA'
= 1 OA
+ C ; Rappel : C = 1 OF' 1. Recherche d’un protocole expérimental
Vous disposez d’une lentille de vergence théorique Cthéo = 8,0
1.1. Déterminer la distance focale OF’, en m puis en cm, de cette lentille
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1.2. Proposer un protocole expérimental qui permette de vérifier la relation de conjugaison. Indiquer les mesures que vous souhaitez prendre.
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Appel n°1 (6 points) : Appeler le professeur pour qu’il valide votre protocole (A) : réussi (B) : aide partielle (C) : aide intense (D) : échoué
1.3. Réaliser les mesures (environ 8) et les noter dans un tableau. Attention : les valeurs OA sont négatives.
La distance OA doit être supérieure ou égale à 20 cm OA (m)
OA’ (m)
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2. Modélisation
A l’aide de Regressi (notice jointe), créer les grandeurs notées OA et OA’ puis entrer les valeurs précédentes en mètres.
Créer les grandeurs calculées x = 1/ OA et y = 1/ OA’
2.1. Visualiser yen fonction de x et modéliser cette courbe. Quel est le modèle choisi ?
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2.2. Noter l’équation ; arrondir les coefficients à l’entier le plus proche si cela vous paraît crédible.
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3. Exploitation de la modélisation
3.1. A partir du modèle précédent et de la formule de conjugaison, déterminer la vergence expérimentale Cexp. ...
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3.2. Calculer le pourcentage d’erreur relative : erreur relative (%) = Cthéo - Cexp
Cthéo
100 = ...
Conclure : ...
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Appel n°2 (8 points) : Appeler le professeur pour qu’il valide votre modélisation et vos résultats
(A) : réussi (B) : aide partielle (C) : aide intense (D) : échoué
II. L’œil
1. Objet à l’infini
« L’œil a-t-il besoin d’accommoder lorsqu’un objet est à l’infini ? ». On répondra à cette question en modélisant l’œil avec la lentille de vergence +5 δ.
Définition du plan focal image : Le plan passant par F’ et perpendiculaire à l’axe optique est le plan focal image.
Pour répondre à la suite, regarder l’animation Lentille sphérique mince dans les conditions de Gauss (G.
Tulloue) avec un objet à l’infini.
1.1. Où se situe l’image si l’objet se situe à l’infini ?
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1.2. L’image est-elle droite ou renversée ? ...
Qu’est-ce qui nous permet de « retourner » ces images afin de les voir à l’endroit ?
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2. Œil qui accommode
Lorsque l’objet n’est plus à l’infini, son image ne se trouve plus dans le plan focal image du cristallin au repos.
Il faudrait alors faire varier la distance rétine/cristallin pour avoir une image nette mais c’est impossible ! Il faut donc trouver une autre solution !!
On rapproche l’objet de telle sorte à avoir 33 cm entre l’objet et la lentille sans bouger l’écran.
2.1. Que dire alors de l’image sur l’écran ?
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2.2. Que faut-il faire (sans déplacer les éléments d’optique sur le banc !!) pour avoir une image nette sur l’écran ? Réaliser la manipulation.
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Appel n°3 (3 points) : Appeler le professeur pour qu’il valide votre manipulation (A) : réussi (B) : aide partielle (C) : aide intense (D) : échoué
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III. L’appareil photographique
Un appareil photographique, contrairement à l’œil, dispose d’une lentille de distance focale fixée (l’objectif).
1. Manipulation
On simule un appareil photographique avec une lentille convergente de vergence +5 donc de distance focale f’ = 20 cm, et un écran (=capteur).
Dans un premier temps, on considère que l’objet à photographier est à l’infini. L’écran sera à l’extrémité du banc.
1.1. Faire la mise au point. Préciser l’élément à déplacer afin d’obtenir une image nette sur l’écran.
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On désire maintenant photographier un objet se trouvant à 60 cm de l’objectif de l’appareil.
1.2. L’image est-elle nette sans mise au point ? ...
1.3. Pour former une image nette sur la pellicule (ou le capteur numérique), comment faut-il procéder ? ...
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1.4. Noter vos valeurs de OA = ... et OA’ = ...
Appel n°4 (3 points) : Appeler le professeur pour qu’il valide votre manipulation et vos valeurs numériques
(A) : réussi (B) : aide partielle (C) : aide intense (D) : échoué
1.5. Faire un schéma sur papier millimétré de la situation. Echelle horizontalement : 1 cm pour 4 cm en réalité.
IV. Similitudes et différences
1) Citer les points communs entre l’œil et l’appareil photographique.
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2) La mise au point s’effectue-t-elle de la même manière ? Expliquer.
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3) Quand on observe un objet, l’œil en forme une nouvelle image tous les dixièmes de seconde environ. Est-ce le cas de l’appareil photographique ?
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4) Quel avantage une durée d’exposition réglable donne-t-elle à l’appareil photographique ?
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Coupe d’un appareil photographique
