LENTILLES MINCES CONVERGENTES
1. DÉFINITIONS : 1.1. Rayons lumineux
Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite : rayon lumineux Remarque : un rayon lumineux est représenté par un segment de droite orienté.
Un rayon qui arrive sur un système optique est un rayon incident Un rayon qui sort d’ un système optique est un rayon émergent
1.2. objets et images
1) Le point objet est l’intersection des rayons incidents
Cas particulier d’un objet ( réel ) situé à l’infini : les rayons incidents sont parallèles.
2) Le point image est l’intersection des rayons émergents
Cas particulier d’une image ( réelle ) situé à l’infini : les rayons émergents sont parallèles.
1.3. Lentilles
Une lentille est un milieu transparent limité par deux surfaces dont l'une au moins n’est pas plane.
Une lentille est « mince » quand l’épaisseur est ………..
Prendre une lentille à bords minces ; La placer sur le trajet d’un faisceau parallèle. Qu’observe-t-on?
Recommencer avec une lentille à bords épais.
Caractériser chacune des lentilles.
Objet réel Objet virtuel
Image réelle Image virtuelle
A
Système optique Système
optique
A A
Système optique
Système optique
A’
A’ Système
optique
A’ Système
optique
Lentille convergente Lentille divergente
Symbole d’une lentille mince convergente :
2. PROPRIÉTÉS DES LENTILLES
En général, une lentille dévie les rayons lumineux qui la traversent .
1.4. Points importants 1) Centre optique
Pour une lentille mince, la partie centrale est assimilée à un point appelé centre optique O.
Faire passer un rayon lumineux par le centre de la lentille .Qu’observe-t-on?
Penser à changer l’orientation du rayon…
Tout rayon incident qui passe par le centre optique d’une lentille mince ……… .. 2) Foyers principaux
2.A. Foyer principal objet
Déplacer la lentille de façon que le faisceau émergent soit parallèle à l’axe optique. Que constate-t-on pour le faisceau incident ?
Mesurer alors la distance entre la source lumineuse et la lentille Tout rayon ………….passant par le foyer principal objet F de la lentille,
………
2.B. Foyer principal image
Placer la lentille loin de la source lumineuse. Comment est alors le faisceau incident? Que constate-t-on pour le faisceau émergent?
Mesurer alors la distance entre la lentille et le point d’intersection des rayons lumineux.
Tout rayon incident ……… , ressort en passant par le
………..,
Remarque importante : F et F’ sont ………
1.5. Distance focale f’ ; vergence 1) Distance focale
Par convention, on oriente l’axe optique dans le sens de propagation de la lumière et on choisit pour origine le centre optique O.
f ' OF ' OF
O F
O F
F’
O Axe optique
avec
OF ' 0
( pour une lentille convergente )Plus la distance focale est ……….., plus la lentille fait converger les rayons
2) Vergence C d’une lentille
1 1
C OF ' f '
avec f’ en m C en dioptries ( ) Plus la vergence est ……….., plus la lentille fait converger les rayons1.6. Plans focaux
Ce sont les plans perpendiculaires à l’axe optique et qui contiennent les foyers principaux
3. APPLICATIONS
1.7. Construction graphique de l’image B’ d’un point objet B non situé sur l’axe principal : Tous les rayons issus de B ( objet ) se coupent en B’ ( image de B par la lentille) ; parmi tous les rayons, on en trace 3 qui ont des propriétés simples .
Tracer les 3 rayons issus de B qui permettent de déterminer B’.
1.8. Marche d’un faisceau lumineux issu de B et couvrant la lentille : Tracer la marche du faisceau lumineux issu de B qui couvre la lentille.
1.9. Construction d’un objet connaissant l’image Trouver l’objet B connaissant son image B’ :
O F’
B▪
F
O F’
B▪
F
F O F’
Plan focal objet
Plan focal image
O F’
B’
▪ F
O F’
A F B
O F’
A F B
1.10. Image d’un objet à l’infini non situé sur l’axe
4. IMAGES FORMÉES PAR UNE LENTILLE MINCE CONVERGENTE 1.11. Constructions géométriques
Donnée : Si un objet AB est perpendiculaire à l’axe optique, son image A’B’ est également perpendiculaire à l’axe optique.
Trouver l’image A’B’ de AB dans chacun des cas suivants.
Dans chacun des cas, indiquer les caractéristiques de l’image ( réelle, virtuelle, droite, renversée, agrandie
Cas Schéma image
AO >2 f’
AO =2 f’
f’ <AO <2 f’
AO = f’
O F’
A F B
O F’
A F B
O F’
F B
O F’
F A
B
AO < f’
1.12. Approche expérimentale 1) Première approche
Sur le banc d'optique, placer l’objet (diapositive) à une extrémité et l’écran à l’autre.
Déplacer la lentille vers l’écran afin d’obtenir sur l’écran l’image nette de l’objet.
Combien d’images nettes peut-on obtenir ?
Comparer dans chaque cas la taille de l’image à celle de l’objet ;
quel cas correspond à un appareil photo ?
quel cas correspond à un projecteur de diapos ?
2) Mesure approchée de la distance focale d’une lentille convergente : Se placer dans le cas où l’image est plus grande que l’objet.
Quelle est la position de l’image ? (une distance de plus d’un mètre correspond pratiquement, en optique, à une distance infinie).
Quelle est alors la position de l’objet ?
Quelle est la mesure de la distance focale ? Comparer à l’indication portée sur la lentille.
3) Evolution de l’image
L’objet reste fixe ; déplacer la lentille pour se placer dans chacun des cas ci-dessous ; déplacer l’écran pour obtenir une image nette . Donner les caractéristiques de cette image (nature, sens et taille…)
objet AB situé tel que AO>2f’
objet AB situé tel que AO = 2f’
objet AB situé tel que 2f’>AO>f’
objet AB situé tel que AO<f’
Comparer vos observations aux schémas du § 4.1.
1.13. Formules de conjugaison et de grandissement 1) Manipulation
On utilise la lentille de distance focale f’ = + ….. cm.
Mesurer la hauteur de l’objet AB ( lettre F ) : AB = …… cm Placer l’objet au minimum de la graduation.
Pour différentes positions de la lentille, mesurer la position OA’ de l'image ainsi que sa hauteur A’B’ ( mesures à réaliser:
AO > 2f’ ( l mesure) ; AO = 2f’ ; f’ < AO < 2f’ ( 4 mesures).) Attention à la précision des mesures et aux chiffres significatifs !
Attention aux signes !!! (rappel : conventions de signe
2) Résultats expérimentaux OA OA'
OA 1
' OA
1
' OA
1
-OA
1
OA' OA
AB'B' A
Comparer le résultat de la 5ème colonne avec la valeur de ' 1
OF . Quelle relation peut-on écrire ?.
Comparer le résultat des 6ème et 7ème colonnes. Conclure.
3) Relations de conjugaison
1.14. Conditions de Gauss 1) Etude expérimentale
Positionner la lentille et former une image nette sur l’écran.
Faire pivoter légèrement la lentille autour de son axe ; que constate-t-on pour l’image ?
Placer un diaphragme devant la lentille et le fermer progressivement. Que constate-t-on pour l’image ?
2) Conclusions
Quelles sont les conditions d’obtention d’images nettes ?
