ACTIVITE 5 : PARTIE 1 by 1FKmz1bx

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									Optique 1S Partie 4                                                                                     activités


          Partie 4 Le modèle des lentilles minces convergentes
But
       Cette partie a pour but d’introduire le modèle des lentilles minces convergentes, de décrire le
fonctionnement d’un projecteur de diapositives et celui d’une loupe.

ACTIVITE 1     MODELISATION D’UNE LENTILLE MINCE CONVERGENTE

But : introduire les éléments principaux d’une lentille mince convergente
        On utilise la lentille 1 marquée “ +3 ”.
        1.1 Former l’image de l’objet (le “ F ” utilisé au laboratoire) par la lentille. Placer l’objet de telle
sorte que OA = - 80 cm. On note AB l’objet et A’B’ son image. Observer cette dernière sur un écran.
        1.2 Représenter la situation par un schéma à l’échelle (1/10 ; ½). Représenter la marche des quatre
rayons de lumière issus du point B décrits ci-dessous :
        - le rayon de lumière passe par le centre de la lentille (rayon 1) ;
        - le rayon incident est parallèle à l’axe de la lentille (rayon 2) ;
        - le rayon émergent est parallèle à l’axe principal (rayon 3) ;
        - le rayon est quelconque (rayon 4).
        A quelle distance du centre de la lentille le rayon 2 coupe-t-il l’axe de la lentille ? Notez F’ ce
point d’intersection.
        A quelle distance du centre de la lentille le rayon 3 coupe-t-il l’axe de la lentille ? Notez F ce point
d’intersection.

        2. Représenter la marche du faisceau de lumière issu d’un point A que l’on considère à l’infini. Où
se trouve son image ?
        A quel point du graphe 1/ OA ' = f(1/ OA ) correspond cette situation ? Montre comment l’équation
de ce graphe en rend également compte.
        Représenter la marche d’un faisceau de lumière issu du point d’un objet considéré à l’infini
(sommet d’un immeuble très éloigné par exemple)

         3. A l’aide du schéma de la question 1 ci-dessus, prévoir comment va se déplacer l’image si on fait
varier la distance séparant l’objet de la lentille de 80 à 33 cm.
         Représenter la marche du faisceau de lumière issu du point A lorsque l’objet est à 33 cm de la
lentille. Où se trouve son image ? Représenter la marche du faisceau de lumière issu du point B.

        : CONSTRUCTION DE L’IMAGE FORMEE PAR UNE LENTILLE MINCE
ACTIVITE 2
CONVERGENTE. MISE EN RELATION DU SCHEMA ET DU MONTAGE


1. Représenter une lentille mince convergente de vergence C = 3 et son axe principal. Faire figurer son
centre optique O, ses foyers principaux objet et image F et F’ et ses plans focaux objet et image.
2. L’objet utilisé au laboratoire est situé à 50 cm de le lentille 1 de vergence C = +3 . Par un schéma à
l’échelle (1/10 ; ½), trouver la position et la taille de l’image. Comparez vos résultats aux valeurs trouvées
expérimentalement.
Calculer la position et la taille de l’image. Les valeurs trouvées sont-elles cohérentes avec les résultats
précédents ?
Refaire le même travail avec la lentille 2 de vergence C = +8 




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Exercices 1 et 2 relatifs aux activités 8, 9 et 10 (les calculs seront effectués lors de l’activité 10).
ACTIVITE 3 : RELATION DE CONJUGAISON ET GRANDISSEMENT
On généralise à toutes les lentilles minces convergentes la relation entre OA et OA ' (appelée relation de
conjugaison) établie au laboratoire pour deux lentilles. On introduit la notion de grandissement.
Nous venons de montrer comment prévoir ou interpréter par une construction la position et la taille de
l’image La relation de conjugaison et le grandissement permettent de le faire par des calculs. Les deux
méthodes ont leurs avantages.

ACTIVITE 4      : MISE AU POINT D’UN PROJECTEUR DE DIAPOSITIVES
1. Questions écrites
       a) Vous voulez projeter des diapositives, chez vous. De quoi avez-vous besoin? Comment vous y
prenez-vous pour projeter la diapositive? ”.
b) Qu’est-ce qui joue le rôle d’objet , où se forme l’image ? Quelle est la propriété de l’image que l’on exige voir réalisée.
Quelle est la nature de la lentille constituant l’objectif (que l’on assimile à une lentille mince) ? Comment effectue-t-on la mise
au point ?
c) On mesure les dimensions de l’image ainsi que la distance séparant l’objectif de l’écran de projection. La distance focale de
l’objectif est de 90 mm. Calculer la distance séparant la diapositive de l’objectif.
2) Schéma de la situation
        Pour que le schéma soit exploitable, on représente un objet tel que AB = 5mm et on se contente
d’une image 10 fois plus grande située à 2,0 m (20 cm sur le schéma).
Trouver la position de la lentille et de ses foyers. En vous aidant du schéma, expliquer comment on
obtient une image beaucoup plus grande que l’objet. Montrer que votre explication confirme le calcul du
1c) ci-dessus.
3°. Calcul des positions de la diapositive et de l’écran par rapport à l’objectif à partir du
grandissement souhaité
         La distance focale f’ du projecteur de diapositives est de 90 mm. On veut obtenir une image au
moins 50 fois plus grande que la diapositive. Calculer la distance séparant la diapositive et l’objectif. Pour
cela, établir l’expression de OA en fonction de  et de f’. En déduire l’expression de OA ' en fonction de 
et de f’.
4°. Réalisation d’une maquette de projecteur de diapositives
       Sur le banc d’optique, réaliser le montage simulant le projecteur de diapositives suivant :
               - objectif de distance focale f’= 50 mm ;
       - image trente fois plus grande que l’objet (ou 20 si l’obscurité est insuffisante).
       On prendra comme objet le rectangle de papier millimétré transparent.
       Calculer d’abord la distance séparant l’objet de l’écran puis réaliser le montage. Vérifier que le
grandissement obtenu est bien celui souhaité. Comparer la valeur mesurée à la valeur attendue.

ACTIVITE 5 UTILISATION D’UNE LENTILLE MINCE CONVERGENTE COMME LOUPE
1) Questions écrites
      Vous disposez d’une loupe. Comment l’utilise-t-on ? Quelle est la nature de la lentille ?
2) Réalisation d’un dispositif d’utilisation d’une lentille comme d’une loupe
         A l’aide de la lentille de vergence C = 20 , réaliser un dispositif illustrant l’utilisation de cette
lentille comme une loupe. Quelles sont les propriétés que doit avoir l’image ? A quelle distance avez-vous
placé l’objet (constitué du “ F ” et du rectangle de papier millimétré transparent accolés).
         Où pouvez-vous placer votre œil tout en observant de façon distincte l’objet à travers la lentille ?
En particulier, pouvez-vous le placer immédiatement derrière la lentille ? Qu’est-ce que cela signifie
concernant la position de l’image ?
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         Afin de confirmer votre réponse à la question précédente, nous allons
essayer de localiser la position de l’image. Pour cela, on utilise le dispositif
schématisé ci-contre réalisé à partir de la boîte utilisée lors de la partie 2. Afin que
vous n’ayez pas d’a priori sur la réponse, n’ouvrez la boîte qu’à la fin de votre
expérience.
         La lentille 8 est posée sur le côté de la boîte où est pratiquée une
ouverture. L’objet (représenté par le segment en trait épais) est posé sur une
cloison.
         L’expérience consiste à situer la position de l’image et la repérer grâce à un
trait tracé au crayon sur le côté de la boîte. Lorsque l’on trace le repère, le crayon
doit apparaître à la même hauteur que l’image. Ouvrez la boîte et comparez la
position de l’objet à celle du trait que vous venez de tracer.
3) Représentation de la situation
        Faire un schéma à l’échelle 1 de la situation précédente. On représentera un objet tel que AB = 5
mm. Représenter la marche des trois rayons principaux et celle d’un rayon quelconque.
        Expliquer que ce schéma rend bien compte de vos observations (propriétés de l’image, position de
l’œil). Représenter la zone à l’intérieur de laquelle il faut placer l’œil pour observer l’objet en entier à
travers la lentille.
        Trouver graphiquement la position et la taille de l’image.
        Retrouver les valeurs précédentes par le calcul.




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