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Thème :
D’une image à l’autre TP N°8 Au menu : Lentilles !
Objectif : Exploiter les notions de foyers, distance focale pour caractériser un système optique.
Exploiter les propriétés d’une lentille mince convergente pour prévoir qualitativement la position et la taille d’une image.
Déterminer expérimentalement la position et la taille d’une image.
1. Quelle est la lentille la plus convergente ?
Vous disposez d’une boite de lentilles et de miroirs numérotées.
On veut classer les lentilles de la moins convergente à la plus convergente.
1.1. Trouver l’intruse !
Certaines lentilles ne sont pas convergentes, mais divergentes.
Effectuer un test simple pour identifier les lentilles divergentes.
Expliquer votre démarche.
On mettra de côté ces lentilles pour la suite du TP.
1.2. Comment classer les lentilles de la moins convergente à la plus convergente ?
On cherche à déterminer la distance focale des lentilles convergentes par la méthode de l’auto-collimation (méthode rapide et simple).
Un objet lumineux est observé et travers une lentille.
On accole un miroir à la lentille convergente.
On éloigne ou on rapproche l’ensemble lentille-miroir de telle manière à ce que l’image nette, inversée et de même taille que l’objet (grandissement -1) se forme dans le plan de l’objet (c’est à dire la boîte de la source lumineuse).
La distance entre l’objet et le centre de la lentille dans ce cas particulier, est égale à la distance focale.
Détermination des distance focales f’ des 3 lentilles convergentes :
Lentille n° 1 2 3 4 5 6
Distance focale f’ (m) Vergence C ()
La vergence C a pour unité la dioptrie (). Elle est égale à ' 1
f (f’ est exprimée en mètre) Classer les lentilles par ordre croissant de convergence.
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1.3. Les incertitudes et le banc optique:
Incertitude de lecture : Cette incertitude intervient à chaque fois qu’on utilise un instrument de mesure constru it sur un étalon et vaut une graduation de mesure de l’instrument. (incertitude de lecture = une graduation = 0,1 cm)
Incertitude de mise au point:Cette incertitude intervient lorsqu’il existe un ensemble de « bonnes » valeurs pour une mesure. Dans ce cas,
on notera les deux valeurs les plus extrêmes et on fera la moyenne pour déterminer la valeur moyenne. L’ince rtitude de mise au point associée à cette valeur moyenne, vaut la moitié de la différence (en valeur absolue) de s deux valeurs extrêmes.
L’incertitude
de
mise
au
point
se
rajoute
à
l’incertitude
de
lecture
!
Propagation des incertitudes
La propagation des incertitudes intervient lorsque la valeur est obtenue par une relation mathématique qui relie plusieurs mesures intermédiaires, chacune comportant sa propre incertitude.
Exemples :
g est la différence de 2 quantités a et b : Δg = Δa + Δb
On place une lentille O et un objet A sur une règle graduée en mm. On relève la position de A à 15 ± 0,1 cm et la position de O à 40 ± 0,1 cm. On calcule la valeur algébrique :
= position de A – position de O avec Δ
=ΔA+ΔO
On donne la réponse finale : .
g est le résultat d’une mise au point: Δg = Δg
lecture+ Δg
mapOn place un écran E sur une règle de telle sorte à y obtenir une image nette et on estime que l’image est nette entre les indices 15 ± 0,1 cm et 17 ± 0,1 cm de la règle.
Les incertitudes associées à la valeur moyenne E= 16 cm de la position de l’écran : et
où la dérivation de
a donné lieu àOn donne la réponse finale : Visualisation :
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2. Formation d’images avec une lentille convergente.
2.1. Prévoir la taille et la position d’une image :
La construction d’une image à travers une lentille convergente est représentée sur le schéma ci-contre.
1. Par quelles lettres sont représentés : - le point objet ?
- le point image ? - le centre optique ? - l’axe optique ? - le foyer image ?
2. Un rayon passant par le centre optique est-il dévié ?
3. Un rayon parallèle à l’axe optique, issu du point objet, converge en un point.
Quel est ce point ?
4. Proposer une définition de la distance focale d’une lentille convergente.
2.2. Comment utiliser une lentille convergente pour observer une image agrandie de l’objet ?
Vous disposez d’une lentille convergente de vergence C = 8.
Observez, l’image de l’objet à travers la lentille.
Notez dans le tableau les caractéristiques de cette image au fur et à mesure que vous éloignez l’objet de la lentille.
Image observée à travers la lentille selon la position de
l’objet
Caractéristiques de l’image
Construction correspondante
……….. cm > 2 f’
……….. cm ……….. cm ……….. cm
+ +
A B
O Sens de propagation de la lumière
F
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Page 4 sur 4 ……….. cm = 2 f’
……….. cm ……….. cm ……….. cm
f' < ……….. cm < 2 f’
……….. cm ……….. cm ……….. cm
……….. cm < f’
……….. cm ……….. cm ……….. cm
O F
A B
O F
O F
