|
|
Représentation visuelle du monde. Correction |
|
Programme 2011 :
Phys. N° 01 Vision et images. Programme 2011 :
Physique et
Chimie Programme 2020 :
Physique et
Chimie
|
8)- Exercice 28 page 276. |
|
QCM : L’œil et les lentilles minces (tableau) |
|
|
|
Énoncé : Schéma :
Une bougie est placée devant un miroir.
A est un point de la
flamme. 1)-
Reproduire le schéma ci-dessus : 2)-
Déterminer la position du point image du point objet A,
donnée par le miroir. 3)- Tracer le
rayon lumineux qui, partant du point A, se réfléchit sur le
miroir et pénètre dans l’œil. |
|
Correction :
1)- Reproduction du schéma ci-dessus :
2)- Position du point image A'
du point objet A, donnée par le miroir. -
Le point image A’, du point objet A est
le symétrique par rapport au miroir plan.
3)- Les rayons lumineux :
Cliquer sur l'image pour l'agrandir |
2)- Exercice 5 page 272 : Déterminer une vergence
|
Énoncé : Une lentille, dont l’axe optique est dirigé vers le Soleil, donne sur un écran une tache quasi ponctuelle très
lumineuse lorsque l’écran est à 10 cm de la lentille. 1)- Que représente cette tache lumineuse ? 2)- Quelle est la distance focale de la
lentille ? 3)- Quelle est sa vergence ? |
|
Correction : 1)- Représentation de cette tache lumineuse : -
Photo de la situation :
-
La tache lumineuse obtenue sur l’écran est l’image du
Soleil donnée par la lentille convergente. 2)- Distance focale de la lentille : -
On peut considérer que le Soleil est une source
lumineuse située à l’infini. -
Les rayons provenant du Soleil sont parallèles à l’axe
optique de la lentille. -
L’image du Soleil se forme au foyer image F'
de la lentille convergente.
-
On en déduit la valeur de la distance focale : -
f’ = 10 cm = 0,10 m 3)- Vergence de la lentille : -
La vergence C
d’une lentille mince est l’inverse de sa distance focale image
f’. -
Elle s’exprime en dioptries, symbole δ . -
La vergence est une grandeur algébrique. -
Les lentilles convergentes ont une vergence positive. -
Les lentilles divergentes ont une vergence négative. -
|
3)- Exercice 9 page 273 : Positionner une image
|
Énoncé : Choisir la bonne réponse : 1)- L’image peut être visualisée sur un écran, si la distance objet-lentille est
supérieure / inférieure
à la distance focale. 2)- Si la distance objet-lentille est supérieure à la distance focale, l’image
se trouve du même côté de l’objet /
après la lentille. 3)- Pour une distance objet-lentille supérieure à la distance focale, l’image
s’éloigne / se rapproche de
la lentille lorsqu’on rapproche l’objet de la lentille. 4)- Lorsque la distance objet-lentille est supérieure à la distance focale, les dimensions de l’image
augmentent / diminuent
lorsqu’on éloigne l’objet de la lentille. |
|
Correction :
1)- L’image peut être visualisée sur un
écran, si la distance objet-lentille est
supérieure à la
distance focale. -
Schémas :
-
Si AO > f :
-
Dans ce cas, l’image est réelle et peut se
former sur un écran. -
Si AO < f :
-
L’image est virtuelle. -
Elle ne se forme pas sur un écran mais elle peut
être vue par l’œil à travers le système optique. -
Il faut placer l’œil sur le chemin des rayons
lumineux qui émergent du système optique. 2)- Si la distance objet-lentille est
supérieure à la distance focale, l’image
après la lentille. -
Schéma :
3)- Pour une distance objet-lentille supérieure à la distance focale, l’image
s’éloigne / se rapproche
de la lentille lorsqu’on rapproche l’objet de la lentille. 4)- Lorsque la distance objet-lentille est supérieure à la distance focale, les dimensions de l’image
diminuent lorsqu’on
éloigne l’objet de la lentille.
|
4)- Exercice 12 page 273 : Construire l’image donnée par une lentille convergente.
|
Énoncé :
1)-
Image : a)-
Reproduire le schéma. b)-
Construire l’image C’D’ de l’objet
CD. 2)-
On a tracé le faisceau incident issu de D, qui pénètre dans
la lentille. Représenter le faisceau émergent. 3)-
Représenter le faisceau de lumière issu du point C et
traversant la lentille. |
|
1)-
Image : a)-
Reproduction du schéma :
b)-
Image C’D’
de l’objet CD :
-
Rayon 1 : issu du
point
D et passant par le centre optique : il n’est pas dévié. - Rayon 2 : issu du point D et parallèle à l’axe optique. - Il émerge de la
lentille en passant par le point
F’ foyer - image.
- Pour une meilleure précision, on peut tracer le rayon issu de D qui passe par le foyer objet - et qui émerge de la
lentille parallèle à l’axe optique. 2)-
Faisceau émergent :
-
Tous les rayons lumineux
issus du point D émergent de la lentille en
convergeant vers le point D’.
3)-
Faisceau de lumière issu du point C et traversant la
lentille.
-
Tous les rayons lumineux
issus du point C émergent de la lentille en
convergeant vers le point C’.
|
5)- Exercice 13 page 273 : Déterminer graphiquement la position d’une image
|
Énoncé : -
Schéma :
1)- Reproduire le schéma ci-dessous
sachant que OF = 6,0 cm, OA = 18 cm et AB
= 1,0 cm. 2)- Construire l’image A’B’
de l’objet AB. 3)- Déduire graphiquement : a)-
La distance OA’. b)-
La taille A’B’ de l’image. 4)- Donner les valeurs algébriques de |
|
1)- Reproduire le schéma ci-dessous
sachant que OF = 6,0 cm, OA = 18 cm et AB
= 1,0 cm.
-
Le schéma est reproduit à l’échelle 1/3. -
En conséquence : OF = 2,0 cm, OA
= 6 cm et pour l’objet , on prend : AB = 1,0 cm 2)- Construire l’image A’B’
de l’objet AB. - Rayon 1 : issu du point B et passant par le centre optique : - Il n’est pas
dévié. - Rayon 2 : issu du point B et parallèle à l’axe optique. - Il émerge de la
lentille en passant par le point
F’ foyer -
image. - Rayon 3 : issu du point B et passant par F (foyer - objet). - Il émerge de la
lentille parallèlement à l’axe optique. -
Schéma :
3)- Déduire graphiquement : a)-
La distance OA’ : -
On peut faire la mesure avec Word. -
OA’ ≈ 9,0 cm
b)-
La taille A’B’ de l’image. -
A’B’ ≈ 0,50
cm 4)- Valeurs algébriques de : -
-
Si en prend : -
|
6)- Exercice 22 page 275 : Image observée dans une loupe
|
Animations CabriJava permettant de résoudre l'exercice et de simuler les différentes constructions. Cliquer sur les images pour les agrandir
Lentille convergent ou divergente,
Énoncé : À l’aide d’une loupe constituée par une lentille convergente de 20 δ, un philatéliste observe les détails d’un timbre et, en particulier une lettre de 0,10 mm de hauteur. La lettre jouant le rôle d’objet AB est placée au foyer objet F de la lentille. L’œil de l’observateur, assimilable à
un point, est placé au foyer image F’ de la lentille. Schéma :
1)- Reproduire le schéma ci-dessus. 2)- L’image A’B’
est-elle à l’infini ou à une distance finie de la lentille ? 3)- Construction : a)- Tracer la marche de deux rayons issus du point B, l’un parallèle à l’axe optique et l’autre passant par le
centre optique. b)-
Tracer la marche d’un faisceau et s’appuyant sur les
bords de la lentille. 4)- Tracer la marche du rayon
lumineux issu de B’ et pénétrant dans l’œil de
l’observateur. 5)- Le diamètre apparent d’un objet AB, pour un observateur (œil O) est l’angle
θ sous lequel est vu l’objet.
a)-
Déterminer en radian l’angle θ’ sous lequel
l’observateur voit l’image de la lettre à travers la loupe. b)- L’œil observe cette même lettre directement à une distance de 25 cm de l’œil. Calculer l’angle θ sous lequel
on voit cette lettre. c)-
Calculer le grossissement qui, par définition, est
égal au rapport :
|
|
1)- Reproduction du schéma
ci-dessus.
2)- Position de l’image A’B’ : -
Comme l’objet est placé au foyer objet de la
lentille convergente, l’image est située à l’infinie. -
Schéma :
-
Le rayon 1 et le rayon 2 sont parallèles. -
Avec Cabri Géomètre :
Cliquer
sur l'image pour l'agrandir 3)- Construction : a)-
Le tracé des deux rayons issus du point B,
l’un parallèle à l’axe optique et l’autre passant par le
centre optique :
b)-
Le tracé de la marche d’un faisceau s’appuyant sur
les bords de la lentille. -
Tracé réalisé avec Cabri Géomètre :
Cliquer
sur l'image pour l'agrandir -
Autre tracé :
4)- Le tracé de la marche du rayon
lumineux issu de B’ et pénétrant dans l’œil de
l’observateur. -
Schéma :
5)- Diamètre apparent d’un objet
AB a)-
Angle θ’ sous lequel l’observateur voit
l’image de la lettre à travers la loupe. -
L’objet AB est situé au foyer objet de
la lentille convergente. -
Dans ce cas, l’image A’B’ est à
l’infini. -
L’œil n’a pas besoin d’accommoder pour
regarder cette image. Elle se forme sur la rétine de l’œil. - L’angle θ’ sous lequel l’observateur voit cette image de la lettre : - dépend de la taille de
la lettre et de la distance focale de la lentille
convergente.
-
Pour des raisons de visibilité, les échelles
ne sont pas respectées. - Comme la taille de l’objet est petite devant la valeur de la distance focale, - on peut faire
l’approximation des petits angles : -
b)-
Angle θ sous lequel on voit cette lettre. -
Schéma de la situation :
- Comme la taille de l’objet est petite de devant la distance d’observation, - on peut faire
l’approximation des petits angles : -
c)-
Grossissement de la loupe : -
Il est égal au rapport : -
-
La lettre apparaît 5 fois plus grande. |
7)- Exercice 24 page 275 : Mon Œil
|
Énoncé :
Schéma de l’œil :
On modélise un œil par une lentille mince
convergente de centre optique O. La rétine tient lieu d’écran et la
vergence de la lentille d’adapte selon la distance à laquelle se
trouve l’objet observé : L’œil accommode. On considère un œil normal (sans défaut
tel que la myopie, l’hypermétropie…)
1)- Pour un objet très éloigné, la
vergence de la « lentille » est constante et égale à 17,0 mm.
Calculer la vergence de cet œil. 2)- Quelle est la vergence de la
« lentille » lorsque l’œil accommode pour observer un objet
situé à 2,00 m de l’œil ? 3)- La distance minimale de vision
distincte est de l’ordre de 25,0 cm. Quelle est alors la
vergence de l’œil ? 4)- Calculer la variation de la vergence
de cet œil. 5)- Un œil myope est considéré comme trop convergent. Il permet cependant d’observer un objet situé à la distance minimale de 10,0 cm de « la lentille » qui modélise l’œil. Quelle est alors sa vergence ? |
|
1)- La vergence de cet œil : -
On peut considérer que l’objet est situé à
l’infini. -
Schéma de la situation :
-
Dans ce cas l’image se forme dans le plan
focal image de la lentille. -
OA’ = OF’ = f’ =17,0 mm -
2)- Vergence de la « lentille »
lorsque l’œil accommode : -
L’objet est situé à 2,00 m et l’image se forme
sur la rétine située à 17,0 mm du centre optique : -
Schéma de la situation sans souci d’échelle :
-
Formule de conjugaison pour les lentilles
minces : -
-
Avec :
-
On tire : -
3)- Vergence de l’œil pour un objet
situé à 25,0 cm : -
L’objet est situé à 25,0 cm et l’image se
forme sur la rétine située à 17,0 mm du centre optique : -
Schéma de la situation sans souci d’échelle :
-
Formule de conjugaison pour les lentilles
minces : -
-
Avec :
-
On tire : -
4)- Variation de la vergence de cet
œil : -
La distance cristallin - rétine étant
invariable, l’œil accommode pour observer des objets
rapprochés. -
Un œil normal peut voir nettement des objets : -
Situés entre l’infini et le punctum remotum
P.R. -
Et possède une distance minimale de vision
distincte : le punctum proximum P.P. en
accommodant de plus en plus. - Ainsi la vergence de l’œil varie entre la valeur C ≈ 58,8 δ ou l’œil n’accommode pas - et la valeur C’’ ≈
62,8 δ ou l’œil accommode au maximum -
ΔC = C’’ – C ≈ 62,8 –
58,8 -
ΔC ≈ 4,0 δ 5)- Vergence d’un œil myope : -
L’objet est situé à 10,0 cm et l’image se
forme sur la rétine : -
Schéma de la situation :
-
Formule de conjugaison pour les lentilles
minces : -
-
Avec :
-
On tire : -
|
. Conclure.
