ENSEIGNER
samedi 18 novembre 2017
icar Vesion anglaise

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

Activité 5: Utilisation d'une lentille comme d'une loupe

 

1) Questions écrites

Vous disposez d’une loupe. Comment l’utilise-t-on ? Quelle est la nature de la lentille ?

2) Réalisation d’un dispositif d’utilisation d’une lentille comme d’une loupe

A l’aide de la lentille de vergence C = 20 d, réaliser un dispositif illustrant l’utilisation de cette lentille comme une loupe. Quelles sont les propriétés que doit avoir l’image ? A quelle distance avez-vous placé l’objet (constitué du “ F ” et du rectangle de papier millimétré transparent accolés).

Où pouvez-vous placer votre œil tout en observant de façon distincte l’objet à travers la lentille ? En particulier, pouvez-vous le placer immédiatement derrière la lentille ? Qu’est-ce que cela signifie concernant la position de l’image ?

Afin de confirmer votre réponse à la question précédente, nous allons essayer de localiser la position de l’image. Pour cela, on utilise le dispositif schématisé ci-contre réalisé à partir de la boîte utilisée lors de la partie 2. Afin que vous n’ayez pas d’a priori sur la réponse, n’ouvrez la boîte qu’à la fin de votre expérience.

La lentille 8d est posée sur le côté de la boîte où est pratiquée une ouverture. L’objet (représenté par le segment en trait épais) est posé sur une cloison.

L’expérience consiste à situer la position de l’image et la repérer grâce à un trait tracé au crayon sur le côté de la boîte. Lorsque l’on trace le repère, le crayon doit apparaître à la même hauteur que l’image. Ouvrez la boîte et comparez la position de l’objet à celle du trait que vous venez de tracer.

3) Représentation de la situation

Faire un schéma à l’échelle 1 de la situation précédente. On représentera un objet tel que AB = 5 mm. Représenter la marche des trois rayons principaux et celle d’un rayon quelconque.

Expliquer que ce schéma rend bien compte de vos observations (propriétés de l’image, position de l’œil). Représenter la zone à l’intérieur de laquelle il faut placer l’œil pour observer l’objet en entier à travers la lentille.

Trouver graphiquement la position et la taille de l’image.

Retrouver les valeurs précédentes par le calcul.


But: Utilisation d'une lentille comme d'une loupe

Cette activité a pour but de décrire le fonctionnement d’une lentille convergente utilisée comme loupe. La loupe figure explicitement au programme.

Préparation: Utilisation d'une lentille comme d'une loupe

Matériel

Loupes du commerce (et pas uniquement des lentilles convergentes faisant office de loupes) ;

Matériel habituel pour modéliser une loupe sur le banc d’optique (une lentille convergente de vergence comprise entre 8 et 20 d convient mais il est préférable d’utiliser une loupe du commerce fixée sur un support).

Dispositif décrit dans le document d’accompagnement à la page 106, activité 1. Il permet de situer la position de l’image (ce qui est difficile sans lui) et de vérifier qu’elle est plus grande que l’objet.

Déroulement

Le professeur distribue aux élèves des loupes commerciales et laisse les élèves se familiariser avec l’instrument.

Il leur demande ensuite de réaliser la situation sur le banc d’optique en laissant les élèves trouver que lorsque l’image est droite, on ne peut l’obtenir sur un écran. Il faut procéder par visée directe. Les élèves doivent noter que l’image est droite qu’elle est plus grande que l’objet. Le professeur peut imposer de placer l’objet à 3,5 cm de la lentille.

Les élèves utilisent ensuite le dispositif réalisé à partir de la boîte utilisée lors de la partie 2. Il ne faut pas qu’ils aient une idée de la position de l’objet avant de faire la manipulation de façon à jouer sur l’effet de surprise lorsqu’ils constatent que ce qu’ils observe à travers la lentille est beaucoup plus éloigné que l’objet lui-même.

On peut utiliser le fichier Cfgnral3.fig de Cabri. Ce fichier permet de simuler le déplacement de l’objet et de l’image.

Le professeur demande aux élèves de schématiser la situation (à l’échelle 1) et de rendre compte de la position et de la taille de l’image.

Savoir: Utilisation d'une lentille comme d'une loupe

Dans les commentaires des programmes, il est précisé : « on ne fera pas de distinction entre les notions d’images réelles et virtuelles (et encore moins d’objets réels et virtuels ». Cette remarque est cohérente avec l’importance accordée à l’observation par visée directe dans ces programmes.

Les élèves doivent être capables de rendre compte de l’observation d’un objet à travers une lentille convergente utilisée comme loupe afin d’interpréter les propriétés de l’image (droite, plus grande que l’objet). Ils doivent comprendre que, comme pour l’image aérienne, l’œil n’observe plus l’objet mais l’image qu’en forme la lentille. Le fait que l’image soit réelle ou virtuelle n’a pas d’importance.

Le grossissement n’est pas explicitement au programme mais, selon le niveau de la classe, il est possible de le définir à ce moment de l’enseignement. On peut s’appuyer sur la notion de diamètre apparent introduite en seconde. Le grossissement d’un instrument d’optique figure au programme de l’enseignement de spécialité.

Comportement des élèves: Utilisation d'une lentille comme d'une loupe

Nous avons pu constater que la difficulté majeure concerne la représentation de la marche de la lumière rendant compte du fonctionnement d’une loupe. L’image du point B est obtenue en prolongeant les rayons émergents. Tout se passe comme si les rayons qui pénètrent dans l’œil provenaient de ce point. C’est ce schéma qui aide les élèves à comprendre le fonctionnement de l’ensemble « loupe + œil » mais ils ne parviennent généralement pas à le tracer sans l’aide du professeur.

Il faut insister sur l’importance de la position de l’objet par rapport au plan focal.

Corrigé: Utilisation d'une lentille comme d'une loupe

1) On utilise une loupe par visée directe. L’objet et la loupe doivent être proches l’un de l’autre sinon l’image est renversée.

2) Pour que l’image soit droite, il faut que l’objet soit situé entre le plan focal objet et la lentille.

3) Pour une focale de 50 mm et une distance OA = 3,5 cm, on trouve = - 11,6 cm.