Représentation visuelle du monde, cours, physique, première S,

I - Rappels et compléments.

1)- Propagation de la lumière.

2)- Réflexion et réfraction de la lumière.

II - Description des lentilles minces.

1)- Définitions.

2)- Classification des lentilles minces.

3)- Représentation symbolique des lentilles minces.

4)- Notion d'objet et d'image.

III - Conditions d'obtention des images nettes.

1)- Notion de stigmatisme.

2)- Conditions de GAUSS.

3)- Réalisation.

IV - Les lentilles convergentes.

1)- Propriété du centre optique.

2)- Foyer image et distance focale.

3)- Foyer - objet.

4)- Plans focaux.

V - Image d'un objet dans une lentille convergente mince.

1)- Généralités.

2)- Image d'un objet réel sité avant le foyer - objet F.

3)- Image d'un objet réel situé entre O et F.

4)- Conclusions.

5)- Relation de conjugaison.

6)- Vergence d'une lentille.

7)- Grandissement.

VI - Applications.

1)- QCM : QCM

2)- Exercices. Exercices

loupe

QCM :

L’œil et les lentilles minces (tableau)

L’œil et les lentilles minces (Questy)

Vision et image (tableau)

Vision et image (Questy)

Exercices : énoncé avec correction

1)- Exercice 2 page 272.

2)- Exercice 5 page 272.

3)- Exercice 9 page 273.

4)- Exercice 12 page 273.

5)- Exercice 13 page 273.

6)- Exercice 22 page 275.

7)- Exercice 24 page 275.

8)- Exercice 28 page 276.

- Chaque point d’une source de lumière envoie de la lumière dans toutes les directions suivant des droites.

- Il donne la direction de propagation de la lumière ainsi que le sens de propagation.

- Un faisceau lumineux est un ensemble de rayon lumineux (le rayon lumineux n’existe pas).

- La longueur d'onde dans le vide d'une onde lumineuse est la distance qu'elle parcourt, dans le vide, pendant une durée égale à une période T.

- Remarque : pour la lumière, on utilise la lettre n pour la fréquence au lieu de f.

- La longueur d'onde d'une radiation lumineuse dépend du milieu de propagation.

- Une lentille mince est un milieu transparent solide (verre, quartz, …) limité par deux calottes sphériques ou par une calotte sphérique et un plan.

- L’axe qui joint les centres des 2 sphères est un axe de symétrie pour la lentille. On l’appelle l’axe principal optique.

- Une lentille est dite mince si son épaisseur e mesurée sur son axe est très petite devant les rayons de courbure de ses faces.

- Le centre optique est le point où l’axe principal optique traverse la lentille. On le note toujours O.

- Tout rayon lumineux qui frappe la lentille à son centre optique la traverse sans déviation.

- un point objet est réel s’il est le sommet d’un faisceau lumineux divergent qui va frapper l’instrument d’optique.

- Un point image est réel s’il est le sommet d’un faisceau lumineux qui émerge de l’instrument d’optique en convergeant.

- Un point image est virtuel s’il est le sommet d’un faisceau lumineux qui émerge de l’appareil en divergeant.

- Un point objet est virtuel s’il est le sommet d’un faisceau lumineux qui entre dans l’appareil en convergeant.

- Remarque : si les rayons passent effectivement par le point considéré celui-ci est réel.

- Si ce sont les prolongements des rayons qui passent par ce point, alors il est virtuel.

- Un système optique est rigoureusement stigmatique s’il donne, d’un point objet A, un point image A’.

- En ce qui concerne les lentilles, le stigmatisme ne peut être qu’approché. L’image d’un point est une petite tache lumineuse.

- Ce sont les conditions à respecter pour obtenir des images de qualité correcte (stigmatisme approché) en utilisant des lentilles minces.

- Les rayons lumineux doivent faire un petit angle avec l’axe principal de la lentille (axe optique).

- Les rayons lumineux doivent rencontrer la lentille au voisinage de son centre optique.

- Il résulte de ceci que tout rayon lumineux issu d’un point objet traverse la lentille au voisinage de son centre optique

- La lentille est alors utilisée dans les conditions de Gauss. On a réalisé un stigmatisme approché.

- Tout rayon incident parallèle à l’axe principal d’une lentille convergente en émerge en passant par le point F’ appelé foyer - image de la lentille.

- On choisit sur l’axe principal comme sens positif, le sens de propagation de la lumière.

- La loi du retour inverse de la lumière permet de dire que tout rayon passant par F, symétrique de F’ par rapport au centre optique O émerge parallèlement à l’axe principal.

- Le plan perpendiculaire à l’axe principal en F est appelé plan focal objet.

- Un rayon de ce faisceau fait l’angle α = 8,0 ° avec l’axe principal (optique).

- Tout faisceau parallèle arrivant sur la lentille convergente, converge en un point du plan focal image (il faut que les conditions de Gauss soient respectées).

- Un faisceau parallèle émerge d’une lentille convergente en faisant un angle d’environ 9 ° avec l’axe optique.

- Tout faisceau de lumière convergeant issu d’un point du plan focal objet donne un faisceau parallèle en émergeant de la lentille.

- L’objet est toujours noté AB. Le point A est situé sur l’axe principal et le point B est tel que AB est perpendiculaire à l’axe principal.

- On cherche l’image du point B en considérant 2 ou 3 rayons particuliers issus du point B.

- L’image B’ du point B est l’intersection, après traversé de la lentille des rayons qui proviennent du point B.

- 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.

- Les trois rayons se coupent en B’ image de B. L’image A’ de A est la projection orthogonale de B’ sur l’axe principal.

- Le point B’ est l’image virtuelle du point B (elle est dessinée en pointillés).

- Pour obtenir l’image A’ du point A, on projette le point B sur l’axe optique.

- On remarque : A’B’ > AB. L’image est plus grande que l’objet. Cette lentille fonctionne en loupe.

- 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.

- La position de l’image est liée à la position de l’objet par rapport à la lentille et à la distance focale de la lentille.

- Les images peuvent être de même sens que l’objet ou renversées par rapport à l’objet.

- Il est nécessaire d’orienter l’axe perpendiculaire à l’axe optique et passant par le centre optique.

- Construire l’image A’B’, de l’objet AB, donnée par une lentille convergente.

- Retrouver cette relation en utilisant le fait que les triangles OBA et OB’A’ d’une part et HOF’ et B’A’F’ d’autre part sont homothétiques (Thalès).

- Les triangles HOF’ et B’A’F’ sont homothétiques, d’après Thalès :

- La vergence C d’une lentille mince est l’inverse de sa distance focale image f’.

- exemple : calculer la vergence d’une lentille dont la distance focale image f’ = 2 cm.

- Si γ > 0 l’image a le même sens que l’objet, on dit qu’elle est droite.

- Si γ < 0 l’image est de sens contraire à l’objet, on dit qu’elle est renversée.

- Si | γ | > 1 , l’image est plus grande que l’objet et si | γ | < 1 , l’image est plus petite que l’objet.