Click here to load reader

Images et Couleurs Etude de quelques systèmes optiques

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Images et Couleurs Etude de quelques systèmes optiques

CONTEXTE : Loupe, appareil photographique et projecteur de cinéma sont des systèmes optiques contenant des lentilles
convergentes. Comment positionner objet, lentille et écran dans ces trois situations pour obtenir une image nette ?
Doc 1 : L’effet loupe.
Lorsqu’un bijoutier estime la pureté d’une pierre précieuse, il observe en la mettant très proche d’une lentille mince
convergente : on parle « d’effet loupe ». Il observe alors une image droite, bien plus grande que l’objet.
Doc 2 : L’appareil photographique.
Un appareil photographique est un système
optique constitué entre autres de trois
éléments : un objectif, un diaphragme et un
capteur.
Doc 3 : Le projecteur de cinéma.
Un projecteur est un système optique permettant de projeter sur un
mur une image de grande taille.
Le projecteur est formé d'une intense source lumineuse concentrée
par deux lentilles très convergentes pour arriver sur la pellicule
contenant le film à projeter.
La pellicule est un objet pour le système optique objectif.
Doc 4 : les relations de conjugaison et de grandissement.
Pour décrire les positions et les tailles des objets et des images, on
utilise des grandeurs algébriques (avec un signe + ou ).
En grandeur algébrique, une longueur s’écrit avec
une barre horizontale.
Des lentilles de différentes valeurs de vergence.
Un banc d’optique avec source de lumière et support pour lentilles et objet.
Un objet en forme de flèche.
Un écran blanc.
Les rayons passant par le centre optique O de la
lentille ne sont pas déviés.
Quand un rayon lumineux incident est parallèle à
l’axe optique, le rayon émergent passe par F’(foyer
image de la lentille )
(foyer objet de la lentille et symétrique de F’ par
rapport à O), le rayon émergent est parallèle à l’axe
optique de la lentille.
Images et Couleurs Tp 5 Etude de quelques systèmes optiques
Ondes et Signaux Séquence 2
Capteur

′ =

+


distance focale f’ :
L’axe (Oy) est orienté
arbitrairement (vers le
sens de propagation de la lumière
(vers la droite).
′ > 0 > 0
En traçant les trois rayons caractéristiques, issus d’un point B de
l’objet et qui traversent la lentille, on trouve l’image B’ de B.
B’ est situé à l’intersection de ces trois rayons particuliers.
F
F’
2
3
B
B’
1
1) Les différentes parties des 3 systèmes optiques étudiés :
On veut modéliser les 3 systèmes optiques des documents 1, 2 et 3 à l’aide d’un banc d’optique. Compléter le tableau ci-
dessous en identifiant les différentes parties des systèmes optiques jouant les mêmes rôles.
Banc d’optique Objet en forme de flèche Lentille convergente Ecran blanc
Loupe du bijoutier
L’appareil photographique
2) Etude de l’effet loupe :
a) Identifier, parmi les lentilles à votre disposition, la lentille convergente de vergence C = 5
b) Déterminer expérimentalement l’intervalle de positions de l’objet par rapport à la lentille pour lesquelles on observe
« l’effet loupe ».
c) Identifier, parmi les trois situations de la fiche annexe, celle qui correspond à « l’effet loupe ».
Tracer les rayons permettant d’obtenir l’image A’B’ de l’objet AB à travers la lentille mince convergente.
d) Le schéma est à l’échelle. Pour cette situation et par lecture graphique, donner les valeurs de AB et A′B′ . En déduire la
valeur du grandissement.
Que peut-on dire de la taille de l’image et de son sens ?
e) Est-il possible de projeter l’image obtenue sur un écran ?
3) Cas de l’appareil photographique et du projecteur de cinéma :
http://pccl.fr/physique_chimie_college_lycee/quatrieme/optique/mise_au_point.htm
a) Tracer les rayons permettant d’obtenir l’image A’B’ de l’objet AB à travers les lentilles minces convergentes dans les
deux situations restantes de la fiche annexe.
Identifier la situation qui correspond à l’appareil photographique et celle qui correspond au projecteur de cinéma.
b) Les schémas sont à l’échelle. Pour les deux situations et par lecture graphique, donner les valeurs de OA , de OA′ , de AB
et de A′B′ . Calculer la valeur du grandissement pour chaque situation.
c) Vérification de la position de l’image en utilisant les lois de conjugaison :
Calculer, pour les deux situations, les valeurs de OA′ à partir des valeurs de OA et de f’. Retrouvez-vous les valeurs
obtenues graphiquement ?
d) Vérification de la position de l’image en utilisant le banc d’optique :
Pour chaque situation (appareil photographique et projecteur de cinéma), positionner l’objet au même endroit que sur
chaque graphique et chercher la position de l’image nette sur l’écran.
Retrouvez-vous les positions de l’image obtenues graphiquement et par calcul ?
e) Modifier la position de la lentille par rapport à l’objet et préciser pour quelles positions de l’objet :
- L’image sera plus grande que l’objet
- L’image sera plus petite que l’objet.
4) Pour aller plus loin : et dans le cas de l’œil ???
Doc 7 : l’œil.
Dans l’œil, la lumière traverse différents milieux transparents : la cornée,
l’humeur aqueuse, le cristallin et l’humeur vitrée. Cet ensemble de
milieux se comporte comme une lentille mince convergente. La distance
cristallin-rétine est fixe. L’image se forme sur la rétine.
Lorsque l’objet se rapproche ou s’éloigne de l’œil, celui-ci doit
accommoder pour garder une image nette sur la rétine. Sachant que la
distance cristallin-rétine reste fixe, quelle modification se passe dans l’œil
pour que l’image soit toujours nette ?
B
A
B
A
B
A