Formation d'une image par une lentille mince convergente

L’objectif de cette séance est de se remettre en mémoire les conditions d’obtention et les caractéristiques d’une image formée par une lentille mince convergente en fonction de la position de l’objet. Dans un second temps, on rappellera comment on peut déterminer la distance focale d’une lentille expérimentalement.

Différentes méthodes d’obtention des position, taille et sens d’une image selon la distance entre l’objet et la lentille

Obtention, position et caractéristiques d’une image

  • Mesurer la taille de l’objet dont on veut former l’image et noter son orientation.
  • Choisir une lentille mince convergente de vergence $V = \pu{10 \delta}$.
  • Placer cette lentille à $\pu{30 cm}$ de l’objet.
  • Déplacer l’écran jusqu’à obtention d’une image nette sur cet écran.
  • Noter la distance entre la lentille et l’écran, la taille de l’image et son sens. En déduire la valeur du grandissement $\gamma$.
  • Recommencer ces opérations, pour des distances entre l’objet et la lentille égales à : $\pu{20 cm}$ et $\pu{15 cm}$.
  • Placer maintenant l’objet à $\pu{10 cm}$ puis $\pu{5 cm}$. Est-il possible d’obtenir une image nette sur l’écran ?
  • Dans chacun des deux derniers cas, placer (avec précaution), son œil selon l’axe de la lentille vers l’objet. Existe-t-il une image ?
  1. Rappeler la relation qui existe entre la vergence $V$ d’une lentille et sa distance focale $f’$.
    En déduire la valeur de la distance focale de la lentille.

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Construction d'une lunette afocale

  • Une lunette astronomique est un instrument optique composé de lentilles et permettant d’augmenter la luminosité et la taille apparente des objets du ciel lors de leur observation.
  • Une lunette astronomique est dite afocale lorsque l’image d’un objet situé à l’infini se trouve elle aussi à l’infini.
    Un œil humain parfait étant fait pour observer un objet situé à l’infini, il n’accommode pas lorsqu’il observe une image à travers une lunette astronomique afocale (les myopes et les hypermétropes compensent par le réglage oculaire). L’observation se fait alors sans fatigue.

Le principe de cette activité doit être bien compris avant toute manipulation !

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Formation d'une image à l'aide d'une lentille mince convergente

Lentille

Une lentille est constituée d’un matériau transparent limité par deux surfaces sphériques ou une surface sphérique et une surface plane. Elle possède un axe de symétrie appelé axe optique. À chacune de ses surfaces la lumière est réfractée.

Une lentille réfracte donc la lumière deux fois :

  • à l’interface air - matériau (lorsque la lumière entre dans la lentille) ;
  • à l’interface matériau - air (lorsque la lumière sort de la lentille). En fonction de la forme de la surface de la lentille, la lumière est réfractée différemment.

Objet et image

Une lentille donne d’un objet une image dont la position et la taille dépendent de la distance fixée entre l’objet et la lentille.

Précisons la définition d’un objet et d’une image.

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