ENSEIGNER
dimanche 19 novembre 2017
icar Vesion anglaise

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

Activité 8: cache sur la lentille

 

Prévision : on reprend le montage ci-dessus, la mise au point étant réalisée. Ecrivez ce que vous pensez observer sur l’écran si on place un cache contre la lentille, ce cache couvrant une bonne partie de la lentille.

Expérience : faites l’expérience et comparez ce que vous observez sur l’écran à ce que vous aviez prévu. S’il y a une différence, qu’est-ce qui vous a empêché de faire une prévision correcte ?


But: cache sur la lentille

Le but de cette activité, très démonstrative pour les élèves, est de montrer que tous les rayons passant par la lentille participent à la formation de l’image. En conséquence, même si on arrête une bonne partie d’entre eux, l’image reste la même (à la luminosité près). Son interprétation intègre l’ensemble des connaissances relatives à la formation des images.

La plupart des élèves pense en effet qu’ils verront une partie de l’image tronquée par le cache.

Préparation: cache sur la lentille

Expérience et déroulement

Sur sa paillasse, le professeur obtient l’image d’un objet étendu sur un écran. Il demande aux élèves de prévoir ce qu’ils observeront si l’on place un cache (un papier opaque par exemple) contre la lentille (le cache peut aller jusqu’à couvrir la quasi-totalité de la lentille). Les élèves ne doivent pas pouvoir faire l’expérience avant d’avoir rédigé leur prédiction. Ils font eux-mêmes l’expérience de vérification sur leur paillasse.

Savoir: cache sur la lentille

L’opération consistant à diaphragmer une lentille revient finalement à l’occulter à l’aide d’un cache. D’ailleurs, selon la forme et la position que l’on donne à ce cache, il peut provoquer une plus grande netteté de l’image lorsque les conditions de Gauss sont remplies de façon plus satisfaisante. Le fait que l’ombre du diaphragme ne s’observe pas sur l’image ne surprend pas. C’est en particulier le cas de la monture de la lentille. En revanche, ne pas voir l’ombre d’un cache opaque placé contre la lentille et qui la masque presque totalement surprend davantage.

Comportement des élèves: cache sur la lentille

Plusieurs expérimentations (Viennot, L, 1996, Raisonner en physique, la part du sens commun, De Boeck Editeur) ont montré que jusqu’à 66% d’élèves jusqu’à Bac + 2 prévoient que l’image va être tronquée et que l’ombre du cache va être visible sur l’écran. Il est important de laisser les élèves écrire ce qu’ils pensent observer afin de leur faire prendre conscience de leur erreur. Ils sont très surpris et très intéressés par le résultat de l’expérience.

La conclusion de cette activité sera reprise lors de l’activité 9 « Construction des rayons » pour les lentilles minces.

Corrigé: cache sur la lentille

Tant qu’un peu de lumière traverse la lentille, tout ce qui a été dit concernant la formation des images fonctionne : un faisceau de lumière issu d’un point objet sera transformé par la lentille en un faisceau convergeant en un point de l’image. La seule différence réside dans le fait que l’ouverture des faisceaux étant réduite, l’image sera moins lumineuse. En revanche, elle ne conserve aucune trace du cache.