ENSEIGNER
samedi 23 septembre 2017
icar Vesion anglaise

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

Activité 5: Formation de l'image d'un point

 

a) Observation puis prévision : au bureau, le professeur place un cache percé d’un trou très petit contre la lanterne. Ce petit trou sert d’objet pour la lentille « 2 » placée environ 20 cm devant.

    • Observez et décrivez ce que vous voyez sur l’écran.

    • Prédisez ce que vous verrez lorsqu’on rapprochera l’écran de la lentille (un peu puis beaucoup) ou qu’on l’en éloignera (un peu puis beaucoup).

b) Expérience : réalisez l’expérience et comparez ce que vous observez à ce que vous aviez prévu. S’il y a une différence, expliquez ce qui vous a empêché de faire une prévision correcte.


But: Formation de l'image d'un point

Cette activité a pour but d’introduire les éléments de modélisation suivants :

  • lorsque l’objet peut être assimilé à un point, la lumière qui a traversé la lentille est assimilée à un faisceau convergeant en un point. Ce point est l’image du point objet ;
  • la lumière issue d’un point de l’objet converge au point image après passage par la lentille.

Ces éléments de modélisation permettront d’interpréter dans l’activité suivante la formation de l’image d’un objet étendu.

Préparation: Formation de l'image d'un point

Expérience et déroulement

Sur sa paillasse, le professeur place contre la lanterne muni du « F » un cache percé d’un petit trou (environ 1 mm de diamètre) dont il forme, par une lentille convergente, l’image sur un écran. L’image est visible de chaque élève. Il fait noter que ce qui est vu peut être assimilé à un point et qu’en déplaçant le cache devant l’objet (le « F »), on peut en découvrir toutes les parties.

Le professeur éteint sa lanterne et pose la question suivante : « que verra-t-on si on déplace l’écran d’un côté ou de l’autre, un peu puis beaucoup». Il demande une prédiction écrite.

L’enseignant doit couper le courant sur les tables des élèves afin qu’ils ne puissent faire l’expérience avant d’en avoir rédigé leurs prévisions. Une fois la prévision faite, il demande aux élèves de la vérifier sur leur montage, en mettant des caches à leur disposition.

Préparation: Formation de l'image d'un point

Conclusion de l’activité

Le faisceau de lumière issu d’un point objet A, après traversée de la lentille, converge en un point A’ qui est le point image du point objet. On dit aussi que A et A’ sont conjugués l’un de l’autre par rapport à la lentille. Tout rayon de lumière incident issu d’un point A donne un rayon de lumière émergent passant par le point image de A.

Cela se traduit par le schéma suivant (qui peut être fait à l’échelle à partir d’une des mesures de l’activité 3) :

un schéma sera prochianment inséré.

Comportement des élèves: Formation de l'image d'un point

Une bonne partie de nos élèves a prévu que le diamètre de la tache sera plus grand si on écarte l’écran de sa position initiale et que la luminosité sera plus faible. La moitié d’entre eux affirment que ce qu’ils verront sera moins net.

Corrigé: Formation de l'image d'un point

Il existe une position particulière de l’écran pour laquelle le diamètre de la tache est minimal. Il n’est pas toujours facile de constater une diminution de la netteté à cause de la diminution simultanée de la luminosité.

Lorsqu’on déplace l’écran depuis la lentille, le diamètre de la tache circulaire diminue progressivement, sa luminosité augmente jusqu’à ce que l’on observe « un point ». Au-delà de cette position, le diamètre augmente et la luminosité diminue.