[PDF] TP : Image formée par une lentille mince

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Nom : Prénom:n°groupe:TP : Image formée par une lentille minceCommentaires :Compétence

expérimentale:Compte rendu:Bilan:1)Généralités sur les lentilles1.1)Deux types de lentillesLes lentilles minces :Une lentille est un milieu transparent limité par deux surfaces dont

l'une au moins n'est pas plane.•D: Diamètre d'ouverture.• e: Epaisseur.Une lentille est dite mince si son épaisseur e est faible devant son

diamètre D. Classification des lentilles minces :Lentilles à bords minces :Lentille biconvexeLentille plan convexe Ménisque convergentSymboleLentilles à bords épais :Lentille biconcaveLentille plan concave Ménisque divergentSymbole1.2)Rappels sur les lois de la réfractionPremière loi de la

réfraction :Lorsque la lumière passe d'un milieu d'indice de réfraction n1 dans un milieu d'indice de réfraction n2, le rayon réfracté est situé dans le plan d'incidence.Seconde loi de la réfraction :Lorsque la lumière passe d'un milieu d'indice de réfraction n1 dans un milieu d'indice de réfraction n2, les angles d'incidence et de réfraction sont liés par la relation:n1.sin(i1)=n2.sin(i2).

1.3)Principe de fonctionnement d'une lentille convergenteL'indice de réfraction du milieu transparent (n1) étant supérieur à

celui de l'air (n2=1), l'angle i2 est supérieur à l'angle i1 (à cause de la par la relation: n1.sin(i1)=n2.sin(i2)). Les rayons lumineux issus de la lentille vont donc converger en un point.Une lentille mince à bords minces est convergente.

1.4)Un peu de vocabulaire...Une lentille est caractérisée par : •Un centre optique O•Un axe optique•Un foyer objet F•Un foyer image F' symétrique de F par rapport à OPar convention le sens de propagation de la lumière sera

toujours identique.Le sens de propagation d la lumière impose l'utilisations de valeurs algébriques suivantes :•OF'> 0• OF < 0On appelle plan focal le plan passant par un foyer et

orthogonal à l'axe optique. 2)Propriétés d'une lentille mince convergente2.1)Expèrience 1Tracer la marche des rayonsQuelle conclusion pouvez vous formuler sur les rayons qui passent par le centre optique ?

Conclusion : 2.2)Expèrience 2Tracer la marche des rayon Quelle conclusion pouvez vous formuler sur les rayons qui sont parallèles à l'axe optique ?2.3)Expèrience 3Tracer la marche des rayon Quelle conclusion pouvez vous formuler sur les rayons qui passent par le foyer objet F d'une

lentille convergente ?2.4)Distance focale et vergence d'une lentille convergenteLa distance focale f' d'une lentille convergente est la distance OF'entre le centre optique et le

foyer image. Cette distance est exprimée en mètres. La vergence C d'une lentille est l'inverse de la distance focale : C= 1 OF'elle est exprimée en dioptries δ

Exemples :Calculer la vergence d'une lentille de distance focale 200mm.Calculer la distance focale d'une lentille de vergence 8δ.

3)Image d'un objet donnée par une lentille mince convergente3.1)Recherche de l'image d'un objet donnée par une lentille mince OA ≥ f '

L'objet est constitué par la lette F placée devant la source de lumière. On note A la position de

l'objet sur le banc optique.La lentille convergente est repérée par le point O, sa distance focale est f'=125mm. (C=8δ)On cherche l'image de l'objet donnée par la lentille sur l'écran. La position de l'image obtenue sur

l'écran est notée A'.•Placer la lentille à 30cm de l'objet (OA=30cm) et cherchez une image nette sur l'écran en

déplaçant celui-ci. Mesurez la taille de l'objet et la taille de son image.•Faire de même pour OA=25cm et OA = 15cm •Taille de l'objet = Distance OA en cm30251512,57

Distance OA' en cmTaille de l'image par rapport à l'objetSens de l'image par rapport à l'objetComment varie OA' lorsque OA diminue ?Comment varie la taille de l'image de objet lorsque OA' diminue ?Tracer graphiquement l'image de l'objet lorsque OA>2f '

Que remarquez vous au sujet de la position, et de la taille de l'image formée ?Tracer graphiquement l'image de l'objet lorsque OA=2f 'Que remarquez vous au sujet de la position, et de la taille de l'image formée ?Tracer graphiquement l'image de l'objet lorsque OA=f 'Que remarquez vous au sujet de la position, et de la taille de l'image formée ?

Conclusion :Une image est réelle si tous les rayons qui lui parviennent sont réels

(Une image peut se former sur un écran).Si une image A' est réelle, le faisceau émergeant converge vers l'image

et de ce fait (une image réelle est située à droite de la lentille). 3.2)Etude du cas ou OA

est virtuel (il est nécessaire de le prolonger jusqu'à l'image). Si une image A' est virtuelle, le faisceau émergeant diverge à partir de

l'image et de ce fait (une image virtuelle est située à gauche de la lentille).

4)Relation de conjugaison et de grandissement4.1)Relation de conjugaisonUne lentille de centre optique O et de distance focale f' donne d'un point A situé sur l'axe optique

un point image A', conjugué de A, dont la position sur l'axe optique est donnée par la relation de

conjugaison :1 OA'= 1 OA+ 1 f'

OA' et OAsont des mesures algébriques des distances OA' et OA. OA'et OAsont donc

affectées d'un signe.4.2)Relation de grandissementLe grandissement γ de l'image par rapport à l'objet est défini par :γ =

A'B' AB= OA'

OA4.3)Applications1)Avec la lentille de distance focale f'=33,3cm (3δ), calculer la position de l'image d'un objet situé à

50,0cm à gauche de la lentille.2)Calculer la taille de l'image3)Vérifier expérimentalement vos calculs.4)Reprendre les calculs dans le cas ou l'objet est situé à 20cm à gauche de la lentille.5)Etudier le cas où l'objet est à l'infini6)Etudier le cas ou l'objet est dans le plan focal objet de la lentille.

5)Conditions de Gauss•On obtient une image de qualité, si à chaque point objet correspond un point image.•La lentille est alors utilisée dans les conditions de Gauss.5.1)Expèrience 1Sur le banc optique placer l'objet à 60cm de la lentille de 3δ. Former l'image de l'objet sur l'écran.

Ajouter successivement les diaphragmes et observer.1)Noter vos observations :Conclusion :5.2)Expèrience 2Conserver les mêmes réglages que précédement. Faire pivoter légèrement la lentille sur son axe.1)Noter vos observations :Conclusion :

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