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samedi 18 novembre 2017
icar Vesion anglaise

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

Exercice 1: Exercices formation des images par les lentilles

 

Exercices relatifs à la partie 3 d’optique

Dans tous les exercices ci-dessous, la lentille 1 est la lentille marquée « +3 », la lentille 2 est la lentille marquée « +8 ».

Exercices relatifs à l’activité 1

1. Représenter et nommer les six formes de lentilles possibles (en s’aidant du livre).

2. Le rayon de courbure d’une lentille plan-convexe est de 4,0 cm. Le diamètre intérieur de sa monture est de 6,0 cm.

a)Représenter cette lentille à l’échelle 1 (la face plane sera la face d’entrée de la lumière).

b) Un rayon de lumière arrivant parallèlement à l’axe de la lentille rencontre la face plane de la lentille en I (situé à 2,0 cm de l’axe de la lentille) et la face de sortie au point J. En utilisant la loi de Descartes relative à la réfraction, représenter (à l’aide d’un rapporteur) le rayon émergent.

On donne l’indice de l’air na = 1,0 et l’indice du verre constituant la lentille nv = 1,5.

3. Le rayon de courbure d’une lentille plan-concave est de 4 cm. Le diamètre intérieur de sa monture est de 6,0 cm. L’épaisseur de ses bords est de 3,0 cm.

a)Représenter cette lentille à l’échelle 1 (la face plane sera la face d’entrée de la lumière).

b) Un rayon de lumière arrivant parallèlement à l’axe de la lentille rencontre la face plane de la lentille en I (situé à 2,0 cm de l’axe de la lentille) et la face de sortie au point J. En utilisant la loi de Descartes relative à la réfraction, représenter (à l’aide d’un rapporteur) le rayon émergent.

Comparer le schéma avec celui obtenu dans l’exercice précédent.

4. On reprend la lentille de l’exercice 2 mais la face plane est maintenant la face de sortie. Le rayon émergent est maintenant parallèle à l’axe de la lentille. Il est situé à 2,0 cm de l’axe. Représenter le rayon incident correspondant à ce rayon émergent.

5. On reprend la lentille de l’exercice 3 mais la face plane est maintenant la face de sortie. Le rayon émergent est maintenant parallèle à l’axe de la lentille. Il est situé à 2,0 cm de l’axe. Représenter le rayon incident correspondant à ce rayon émergent.

Comparer le schéma à celui obtenu dans l’exercice 3.

6. On dispose de deux lentilles plan-convexes. Le rayon de courbure de la première est R1 = 4,0 cm, celui de la seconde est R2 = 5,0 cm. Le diamètre de leur monture est de 6,0 cm. Pour chaque lentille, représenter la marche d’un rayon de lumière arrivant parallèlement à l’axe de la lentille et rencontrant la face plane à 2,0 cm de l’axe. Montrer que la lentille la plus épaisse au centre rabat davantage le rayon que la moins épaisse.

Exercices relatifs à l’activité 3

1. Représenter graphiquement (sur le même système d’axes) les résultats expérimentaux de l’activité 3.

Ordonnées : , abscisses : . Echelle : 2 cm pour 1 m-1.

a) Décrire l’allure de ces graphes. Proposez une équation.

b) Donner les coordonnées de leurs points M, N, P, Q d’intersection avec les axes. M (sur ), N (sur ) pour la lentille 1 et P (sur ), Q (sur ) pour la lentille 2.

2. Pour obtenir les points d’intersection des graphes avec les axes, il vous a fallu prolonger les graphes car vous n’avez pas fait de mesures correspondant à cette zone du graphe.

a) Pour chacun des points M, N, P et Q définis ci-dessus, donner les valeurs de  et de . Vous avez ainsi calculé 4 valeurs pour  et les 4 valeurs correspondantes de .

b) Chaque point M, N, P et Q correspond à une situation expérimentale. Donnez les raisons pour lesquelles il ne vous aurait pas été possible de réaliser les expériences correspondantes pendant la séance de TP.

c) Lors de l’activité 3 (classement des lentilles en deux catégories), certains élèves ont observé l’image d’un arbre ou d’un immeuble sur un écran. Expliquer qu’ils ont réalisé deux des quatre situations décrites au b) précédent.

3. a) Pour chacune des lentilles 1 et 2, quelle est la position et la taille de l’image lorsque l’objet (le « F ») est à 80 cm de la lentille.

b) Retrouver graphiquement puis par le calcul (grâce à l’équation trouvée au 1° ci-dessus) la position de l’image A’B’ quand la distance séparant l’objet AB de la lentille est de 80 cm.

c) Faire un schéma de chacune des situations à l’échelle 1 cm pour 10 cm selon l’axe de la lentille et à l’échelle 1 cm pour 2 cm dans la direction perpendiculaire.

La taille de l’objet AB est de 29 mm.

Quelle est la propriété des points B, O et B’ ?

4. Pour chacune des lentilles, trouver graphiquement et par le calcul la position pour laquelle l’objet et l’image sont à la même distance de la lentille.

Faire un schéma de la situation aux échelles 1/10 selon l’axe et ½ selon la direction perpendiculaire à l’axe.

5. On considère que l’objet utilisé en TP est à 67 cm de la lentille 1. Par une méthode graphique et par le calcul :

-         prévoir comment varie la position de l’image quand on approche la lentille de l’objet ou quand on l’en éloigne ;

-         prévoir comment va changer la position de l’image si on remplace la lentille 1 par la lentille 2.

Exercices relatifs à l’activité 6

1. a) Sur le schéma de l’exercice 3 de l’activité 3 (lentille 1), représenter la marche d’un rayon de lumière et celle d’un faisceau de lumière issus d’un point objet A situé à 80 cm de la lentille.

b) Même question pour le point objet B tel que AB = 29 mm, B étant dans le plan frontal contenant A.

2. Sur le schéma de l’exercice 4 de l’activité 4 (lentille 1), représenter la marche d’un rayon lumineux et celle d’un faisceau de lumière issus du point objet A.

Même travail pour le second schéma (lentille 2) mais pour le point B.

3. On reprend la situation expérimentale et le schéma de l’exercice 3 (lentille 1) de l’activité 3. On place l’écran à 60 cm de la lentille et ce que l’on observe est flou. Compléter le schéma et expliquer comment ce schéma rend compte du fait que ce que l’on observe est flou.

Exercice relatif aux activités 8 et 9

On reprend la situation expérimentale de l’exercice 3 de l’activité 3 (lentille 1) en observant l’objet à travers la lentille. On admet que l’observateur peut voir distinctement un objet tant que cet objet est à plus de 25 cm de son œil.

a)Représenter la situation (en gardant les mêmes échelles). On représentera la lentille par un segment de 5,0 cm. Faire figurer la zone à l’intérieur de laquelle l’observateur doit placer son œil s’il veut observer (à travers la lentille) la totalité de l’objet.

b) On masque la lentille en plaçant contre elle un papier opaque. Ce papier couvre la lentille sur une hauteur de 3,0 cm à partir du haut (plus de la moitié de lentille est ainsi masquée). Représenter cette nouvelle situation (en gardant les mêmes échelles). Faire figurer la zone à l’intérieur de laquelle l’observateur doit maintenant placer son œil s’il veut continuer d’observer (à travers la lentille partiellement masquée) la totalité de l’objet.