ENSEIGNER
samedi 23 septembre 2017
icar Vesion anglaise

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

Activité 9: mise au point sur un réticule

 

Placez la lentille 2 à 30 cm environ de l’objet.

Remplacez l'écran en carton par un écran transparent, muni d'un réticule.

La lanterne doit être éteinte au départ.

Regardez l’objet à travers la lentille et l’écran transparent. Déplacez votre tête latéralement. Chercher la position de l’écran transparent pour laquelle l’image et le réticule semblent immobiles l’un par rapport à l’autre.

  • Notez alors la distance entre la lentille et l’écran transparent.
  • Allumez la lanterne, décrivez ce que vous voyez sur l’écran transparent.

But: mise au point sur un réticule

Cette activité a pour but :

- d’observer un objet à travers une lentille par vision directe, l’image étant réelle ;

- de localiser cette image, toujours par vision directe grâce à la méthode de la parallaxe à l’aide d’un réticule ;

- et surtout de montrer aux élèves que l’image formée par la lentille joue le rôle d’objet pour l’œil.

Nous reprenons une idée que Guy Robardet, membre du groupe d’experts de physique pour les programmes actuels, a présenté lors des journées nationales d’information et d’animation sur les programmes de physique-chimie du cycle terminal des 8 et 9 mars 2001.

Préparation: mise au point sur un réticule

Matériel

Les élèves utilisent une lentille convergente (une lentille +8 dioptries convient bien) formant l’image du « d » ou du « F » percé dans une plaque métallique et que l’on éclaire à l’aide d’une lanterne. Pour éviter que l’image soit trop petite ou trop grande, on demande aux élèves de placer l’objet à une distance voisine du double de la distance focale (position dite de celle de Silbermann). L’image a alors la même taille que l’objet.

Les élèves disposent d’un rectangle réalisé avec un transparent pour rétroprojecteur au milieu duquel a été tracé un trait vertical faisant office de réticule. Pour rendre plus commode cette délicate manipulation, le transparent peut être collé sur un cadre plus rigide de façon à pouvoir être serré à l’aide d’une pince montée sur un support.

Préparation: mise au point sur un réticule

Expérience et déroulement

Les élèves doivent localiser l’image de l’objet par vision directe en se servant du réticule, la lanterne étant d’abord éteinte. Cette précaution est impérative sinon, l’image est visible sur le réticule grâce à la diffusion et on se retrouve alors dans le cas d’une observation par projection sur un écran, ce qu’il faut précisément éviter ici. En l’absence d’écran, c’est une image aérienne qu’ils doivent donc observer. Afin de localiser l’image, ils observent l’image par vision directe en interposant le transparent entre la lentille et leur œil. Il leur faut alors chercher la position du transparent pour laquelle le réticule paraît immobile (lorsque l’on déplace l’œil transversalement à l’axe principal) par rapport à l’objet vu à travers la lentille. Cette méthode est analogue à la méthode de la parallaxe étudiée en seconde pour mesurer des distances mais est plus difficile à mettre en œuvre avec une lentille. Le professeur doit leur montrer sur un montage le mouvement de tête qu’il faut faire s’il veut éviter d’avoir à le répéter à chaque binôme. Les élèves ne peuvent l’imaginer et on maintiendrait une difficulté inutile. On pourra faire comprendre aux élèves ce que l’on attend d’eux en leur montrant d’abord le réticule et un objet (réel) placés l’un devant l’autre. Pour les aider, on peut leur demander de placer leur œil de façon à aligner par visée le trait du réticule avec un segment de l’objet puis de déplacer latéralement la tête. Pour que le réticule et l’objet paraissent fixes l’un par rapport à l’autre, il faut qu’ils soient dans le même plan (leur rappeler la méthode de la parallaxe vue en seconde).

Le professeur sait que pour que le réticule soit fixe par rapport à l’image, il faut qu’ils soient dans le même plan. Le réticule doit donc être dans le plan où se forme l’image. Pour l’élève à qui on ne le dit pas, l’expérience nécessite du temps. C’est pour éviter que l’image sur le transparent soit visible (une faible diffusion le permet et le transparent joue alors le rôle d’écran) que l’on impose que la lanterne soit d’abord éteinte.

Lorsqu’ils ont trouvé la position correcte, les élèves doivent demander au professeur l’autorisation d’allumer la lanterne (toujours pour éviter qu’ils se servent prématurément du transparent comme d’un écran): ce qu’ils voient grâce à la diffusion sur le papier transparent est alors net. On peut leur demander d’éteindre la lanterne et de déplacer légèrement le réticule : on vérifie que l’image bouge par rapport au trait. Si on allume la lanterne de nouveau, ce qu’ils voient sur le transparent est flou.

On peut aider les élèves à comprendre que leur œil observe effectivement l’image que la lentille forme de l’objet. Pour cela, on peut leur demander d’approcher leur œil du plan où se forme l’image. Ils auront la même sensation que lorsqu’ils observent un objet de trop près (en dessous de leur distance minimale de vision distincte).

Préparation: mise au point sur un réticule

Conclusion de l’activité

Les élèves doivent retenir que l’œil regarde l’image formée par la lentille et non l’objet lui même. Pour observer une image, l’œil fonctionne comme lorsqu’il observe un objet réel. Tous les instruments d’observation (loupe, lunettes…) exploitent cette faculté de l’œil. Les élèves en ont fait l’expérience lors de l’activité 3 lorsqu’ils ont utilisé les lentilles convergentes ou divergentes.

Le professeur fait remarquer aux élèves que les mesures qu’ils ont effectuées lors de l’activité 4 «image d’un objet à travers une lentille convergente » auraient pu être faites par cette méthode (à l’exception de la mesure de la taille de l’image). La précision est même meilleure.

Savoir: mise au point sur un réticule

Si le temps le permet, on peut poursuivre l’activité commencée plus haut consistant à convaincre les élèves que ce qu’ils observent en vision directe à travers la lentille est bien l’image. L’image et la monture de la lentille se comportent comme deux objets placés l’un devant l’autre. L’angle sous lequel on voit chacune d’elles varie lorsqu’on s’éloigne ou lorsqu’on s’approche. L’image paraît plus petite ou plus grande que la lentille.

On peut aussi demander aux élèves d’interpréter le fait que selon la position de l’œil, l’image est vue en entier ou en partie. L’image aérienne est un objet inhabituel pour l’œil. Elle ne se comporte pas tout à fait comme un objet lumineux. La direction de la lumière qui en est issue est imposée par le reste du montage. Il n’y a pas émission de lumière dans toutes les directions. Cela différencie bien image aérienne et image obtenue sur un écran qui, lui, diffuse dans toutes les directions.

Comportement des élèves: mise au point sur un réticule

Observer des images à travers une lentille risque d’entretenir la conception de « l’image voyageuse » chez les élèves (selon laquelle l’image « voyage » de l’objet à l’écran). En effet, si on n’utilise pas d’écran, on ne peut montrer aux élèves qu’il n’existe qu’une seule position de l’écran pour laquelle ce que l’on voit est net. Comme l’œil accommode, ce qu’il voit est toujours net. Contrairement à l’image formée sur un écran, déplacer l’objet, la lentille ou l’œil peut ne pas empêcher de voir quelque chose de net.