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.

Doc 5 : Matériel à votre disposition.

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.

Doc 6 : Principe de construction.

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 )

Quand un rayon lumineux incident passe par F

(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

𝟏

𝐎𝐀′ =

𝟏

𝐎𝐀 +

𝟏

𝐟′

Relation de conjugaison :

Relations du grandissement :

𝛄 =𝐀′𝐁′

𝐀𝐁 et 𝛄 =

𝐎𝐀′

𝐎𝐀

𝐂 =𝟏

𝐟′

La vergence C est l’inverse de la

distance focale f’ :

(avec f’ en m et C en dioptrie ()).

L’axe (Oy) est orienté

arbitrairement (vers le

haut).

L’axe (Ox) est orienté dans le

sens de propagation de la lumière

(vers la droite).

A

B

F’

O F

A’

B’

y

x

𝐀′𝐁′ < 0

𝐎𝐀 < 0

𝐎𝐀′ > 0 𝐀𝐁 > 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

Le projecteur de cinéma

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 ?

ANNEXE

Situation n°1

O F’

F

2,5 cm 1,0 cm

Sens de propagation de la lumière

B

A

Situation n°2

O F’

F

2,5 cm 1,0 cm

Sens de propagation de la lumière

B

A

Situation n°3

O F’

F

2,5 cm 1,0 cm

Sens de propagation de la lumière

B

A