tpsp1: Image formée par une lentille mince convergente


1. Lentilles minces

  1. Il existe deux sortes de lentilles minces : rappelez ce qui différencie les lentilles convergentes des lentilles divergentes.
     
  2. Proposez (et testez !!! ) quelques méthodes pratiques permettant de les distinguer.
     
  3. Vous disposez de trois lentilles convergentes, de vergences +5 d , +10 d  et +20 d : identifiez celle de +10 d , que vous allez utiliser avec le banc d'optique.

2. Lentilles minces convergentes

Placez sur un banc d'optique dans cet ordre : une lanterne, un diffuseur (à 7 cm), un objet (à 10 cm), une lentille et un écran :

  1. Faites varier la distance entre l'objet (placé en A ) et la lentille (placée en O ) de façon à obtenir une image nette sur l'écran (placé en A' ). Mesurez les distances OA et OA', ainsi que la taille de l'objet AB et celle de son image A'B' .
     
  2. Schématisez votre montage (à l'échelle), et précisez le sens (positif) de propagation de la lumière. Après avoir rappelé les principales règles de construction géométrique d'une image, appliquez-les à votre schéma : qu'en pensez-vous ?
     
  3. Rappelez les définitions des termes suivants : axe optique, centre optique, foyer principal image, foyer principal objet, distance focale, vergence. Quelles ont les unités utilisées pour ces deux grandeurs ?
     
  1. Reproduisez et complétez le tableau suivant :       

distance OA
(en cm)

distance OA'
(en cm)


(en m)


(en m)


(en m)


(en m)

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 


  1. Représentez     en fonction de      (sur papier millimétré ou à l'aide d'un tableur).
  2. Donnez l'équation de la droite moyenne correspondante, et montrez que l'on retrouve bien la relation de Descartes.
     
  3. Déduisez de ce qui précède la distance  focale et la vergence de cette lentille. Comparer avec la valeur du constructeur (qui donne C = +10 d ).
  4. Comment s'appelle le rapport ? Que constatez-vous ?

3. Focométrie

Pour déterminer rapidement la distance focale d'une lentille convergente, vous pouvez utiliser :

  1. la méthode du plan focal image : que devient la relation de Descartes si ?
    Déduisez-en une méthode qui permette d'obtenir simplement l'ordre de grandeur de la distance focale et mettez-la en œuvre avec la lentille de votre choix.
     
  2. la méthode du plan focal objet : que devient la relation de Descartes si ?
    Déduisez-en une méthode qui permette d'obtenir simplement l'ordre de grandeur de la distance focale et mettez-la en œuvre avec la lentille de votre choix.

(il existe d'autres méthodes : voir en particulier la dernière partie du T.P.)

4. Conditions de Gauss

  1. Utilisez la grille comme objet et formez son image sur l'écran : quelle lentille introduit le plus de déformations ? Connaissez-vous des exemples d'appareils optiques donnant des images déformées ?
     
  2. Que pouvez-vous faire pour améliorer/dégrader l'image obtenue ?
     
  3. Essayez les différents diaphragmes : lequel permet d'améliorer la qualité de l'image obtenue ?
    En photographie, comment doit-on régler le diaphragme pour avoir :
    - un portrait (visage net sur un fond flou) ?
    - une carte postale (par exemple, fleurs nettes au premier plan devant une montagne nette à l'arrière-plan) ?

5. Focométrie (complément facultatif)

Pour déterminer la distance focale d'une lentille convergente, vous pouvez aussi utiliser la méthode de Silbermann : que devient la relation de Descartes si ?
Quels sont alors les positions de l'objet et de l'image, et qu'ont-elles de particulier ? Déduisez-en une méthode qui permette de déterminer la distance focale et mettez-la en œuvre avec la lentille de votre choix.