Elève modélisation géométrique

Rubrique concernée : Images données par une lentille convergente

Titre de l'activité : Modélisation géométrique d'une lentille mince convergente

Après l'étude des conditions d'obtention d'une image à travers une lentille convergente, cette activité présente la construction de l'image dans le cas d'une lentille convergente mince, construction précédée de la définition des grandeurs caractéristiques décrivant le modèle des lentilles minces.

Le centre optique

Expérience

Description : une source de lumière avec une grille produit des pinceaux lumineux éclairant une lentille convergente, un écran permettant de visualiser les pinceaux lumineux. On peut modifier l'orientation du pinceau lumineux par rapport à la lentille.

Questions :
1- Chercher un pinceau particulier qui ne serait pas dévié, quelle que soit son orientation .

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2- Envisager le cas d'une lentille dont l'épaisseur tendrait vers zéro.

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Simulation

Description : le fichier raytrace Centre o.ray permet de déplacer ou modifier l'orientation des rayons incidents arrivant sur une lentille épaisse convergente. Les prolongements de ces rayons permettent de rendre les rayons incidents et émergents parallèles.

Questions :
1-2- On fait pivoter un rayon incident jusqu'à obtenir un rayon émergent parallèle à l'incident. On fait la même opération avec un deuxième rayon. Où se coupent ces deux rayons ?

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3- Que deviendrait le point précédent si on diminuait l'épaisseur de la lentille ?

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Conclusion

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Foyer Image

Expérience

Description : un matériel didactique montre le point de convergence d'un faisceau de rayons parallèles à l'axe optique principal.

Questions :
1- Décrire le faisceau émergent.

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2- Tracer quelques rayons sur le schéma.

Simulation

Description : le fichier raytrace foyer_im.ray contient une lentille épaisse et son modèle de lentille mince. On y ajoute des rayons parallèles à l'axe optique.

Questions :
1- Où convergent les rayons ?

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2- Qu'observe-t-on si on translate les rayons ?
3- Quelle est la différence entre les deux modèles de lentille ?

Conclusion

Foyer Objet

Expérience

Description : on forme un faisceau convergent, grâce à un matériel didactique, et on place une lentille convergente telle que le faisceau émergent soit parallèle à son axe optique principal.

Questions :
1- Faire un schéma illustrant l'expérience.

Simulation

Description : on construit avec raytrace, une lentille mince convergente puis un faisceau de 5 rayons issus d'un point source.

Questions :
1- Pour quelle position du point source les rayons émergents sont-ils parallèles à l'axe l'optique?

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2- Quel est le principe illustré par cette simulation ?

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Conclusion

Distance focale et vergence

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Construction de l'image

Simulation

Description : le fichier raytrace Lentil01.ray comporte trois rayons incidents arrivant sur une lentille mince convergente.

Questions :
1- Quels sont les deux rayons à utiliser pour faire la construction de l'image A'B' de l'objet AB ?

2- Créer le troisième rayon particulier issu de B.

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3- Que devient l'image lorsqu'on éloigne l'objet de la lentille ?

4- Que devient l'image lorsqu'on rapproche l'objet de la lentille ?

5- Classer tous les cas possibles en notant les positions de l'objet et de l'image.

Conclusion