ENSEIGNER
samedi 23 septembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Optique 1S
  -  Première (Première (prog. 2011))  -  Physique

Activité 1: Les deux types de lentilles

 

Vous disposez de diférentes lentilles et lors de vos expériences, vous pouvez vous servir des lampes du plafond, des objets situés à  l'extérieur comme un arbre ou une construction.

Cherchez des critères permettant de classer les lentilles en deux catégories. Vous pouvez en trouver au moins trois. Ils doivent tous conduire au même classement. Indiquez par écrit ces différents critères.


But: Les deux types de lentilles

Le but de cette activité est :

  • de faire découvrir les deux types de lentilles et de trouver des moyens de les distinguer ;
  • de décrire les deux façons d’observer une image, par vision directe à travers une lentille ou par projection sur un écran.

Préparation: Les deux types de lentilles

Matériel

Chaque binôme doit pouvoir disposer de plusieurs lentilles des deux types. Les séries de lentilles sont de préférence différentes mais ont en commun les lentilles 3 et 8d car elles seront utilisées par la suite par tous les binômes. La cambrure des lentilles de vergence /C/< 3d est insuffisante pour être facilement perceptible au toucher. Masquer les éventuelles inscriptions sur les montures (focale ou vergence) car les élèves pourraient les utiliser comme critères de catégorisation.

Pour permettre la visualisation d’une image sur un écran, un banc d’optique est préférable.

Préparation: Les deux types de lentilles

Déroulement

Cette activité doit se dérouler de préférence à la fin du premier TP. En effet, les élèves doivent pouvoir apprécier au toucher les différentes formes et épaisseurs de lentilles, regarder à travers, former des images…Il est cependant possible de la réaliser en classe entière en demandant aux élèves de se grouper par quatre. Dans ce cas, les seuls objets dont ils peuvent visualiser l’image sur un écran sont les lampes de la salle ou des objets situés à l’extérieur (immeubles ou arbres voisins).

L’institutionnalisation se fait en classe entière en officialisant la catégorisation en lentilles convergentes et en lentilles divergentes.

· Les lentilles sont des pièces solides transparentes limitées par des surfaces sphériques ou dont l’une est plane.

· Les lentilles convergentes sont plus épaisses au centre que sur les bords (elles sont convexes et on dit qu’elles sont à bords minces), les lentilles divergentes sont plus épaisses sur les bords qu’au centre (elles sont concaves et on dit qu’elles sont à bords épais) ;

· Les lentilles convergentes diminuent la divergence d’un faisceau incident ; les lentilles divergentes augmentent la divergence d’un faisceau incident.

À ce niveau-là, aucune modélisation ne peut être envisagée pour l’expérience de la vision à travers une lentille.

Le professeur peut illustrer l’influence d’une lentille sur un faisceau incident parallèle à l’aide de lentilles cylindriques. Il peut aussi montrer comment les différents types de faisceaux sont transformés selon le type de lentille. Les manipulations qu’ont pu faire les élèves ne leur ont pas permis de conclure sur le caractère convergent ou divergent des lentilles. La schématisation de la marche de la lumière à travers les lentilles cylindriques sous-entend des connaissances sur la formation de l’image d’un point que les élèves n’ont pas encore. Ces expériences fournissent une nouvelle occasion d’évoquer la diffusion.

Pour justifier auprès des élèves l’étude des lentilles, on peut leur préciser que tous les instruments d’optique en contiennent, en particulier qu’une loupe est constituée d’une lentille convergente.

En exercice, il est intéressant de rendre compte du fonctionnement d’une lentille à l’aide de la loi de Descartes relative à la réfraction (programme de seconde). Les élèves sont capables de représenter la marche d’un rayon de lumière arrivant parallèlement à l’axe d’une lentille plan-convexe ou plan-concave (la face d’entrée étant la face plane).

Comportement des élèves: Les deux types de lentilles

Les élèves classent facilement les lentilles en deux catégories à partir de leur forme et à partir de ce qu’ils observent en regardant à travers. Ils utilisent rarement les termes « convergent » et « divergent » et plus spontanément les termes « concave » et « convexe » mais par toujours à bon escient. Ils regardent spontanément des objets à travers les lentilles et moins spontanément en se servant d’un écran. Sur l’ensemble d’une classe, on peut s’attendre aux critères suivants (formulés parfois de façon peu orthodoxe):

  • la forme des lentilles ;
  • le fait que ce que l’on voit par visée directe soit à l’endroit et selon les lentilles, plus gros ou plus petit que l’objet. Certains élèves notent qu’avec les lentilles à bords minces, on peut voir l’objet « à l’endroit » ou « à l’envers » selon les cas ;
  • le fait que ce qu’on voit sur un écran puisse être net avec les lentilles à bords minces ou que l’on n’y voie rien d’intéressant avec les lentilles à bords épais ;
  • la façon dont varie le diamètre de la tache de lumière sur l’écran quand on l’éloigne à partir de la lentille. Il diminue puis augmente avec les lentilles à bords minces, il augmente toujours avec les lentilles à bords épais.

Corrigé: Les deux types de lentilles

On peut classer les différentes lentilles en deux catégories suivant les critères suivants :

Critères

Lentilles de type 1

Lentilles de type 2

La forme de la lentille

La lentille est plus épaisse au centre que sur ses bords. On les appelle lentilles à bords minces. Elles sont convexes.

La lentille est plus mince au centre que sur ses bords. On les appelle lentilles à bords épais. Elles sont concaves.

Propriétés de ce qu’on voit à travers la lentille.

Selon les cas, ce que l’on voit à travers la lentille, lorsque c’est net, est :

- plus grand que l’objet et à l’endroit. L’objet et la lentille sont proches l’un de l’autre;

- « à l’envers » si l’objet est loin de la lentille.

Ce que l’on voit à travers la lentille, lorsque c’est net, est plus petit que la lentille et « à l’endroit ».

Propriétés de ce qu’on voit sur un écran placé derrière la lentille quand l’objet est une lampe du plafond ou un objet situé à l’extérieur (immeuble, arbre..)

Ce que l’on voit sur l’écran, lorsque c’est net est « à l’envers » et plus petit que l’objet.

Ce que l’on voit sur l’écran n’est jamais net.

Si les élèves ont pu utiliser une lanterne, ils ont pu trouver un autre critère : quand on éloigne l’écran à partir de la lentille, la tache de lumière diminue puis augmente avec une lentille de type 1, elle augmente toujours avec les lentilles de type 2.