Corrigé

1ere S
Correction du TP de physique n°12 : Miroir plan et lentilles
2008-2009
Ce TP avait pour premier objectif de localiser et de qualifier l'image renvoyée par un miroir plan afin
d'illustrer les lois de Descartes sur la réflexion. Le second objectif portera sur l'étude des lentilles.
I) Étude du miroir plan :
II-1) Expérience des deux bougies :
a) Schéma de l'expérience vue de dessus :
b) Si on veut voir la deuxième bougie « allumée » grâce à l'image de la flamme de la première bougie il
faut que les deux bougies soient de manière symétrique de part et d'autre de la plaque de plexiglas.
c) Si l'objet n'est pas symétrique, il est alors impossible de le superposer à son image. (Lorsque que l'on se
regarde dans une glace, notre oreille droite est l'oreille gauche de notre image dans le miroir).
II-2) Les lois de la réflexion :
➢ La 1ere loi de Descartes de la réflexion :
On observe la réflexion par un miroir plan d'un faisceau laser (que l'on assimilera à un rayon lumineux).
a) Le rayon réfléchi se trouve dans le plan défini par le rayon incident et la normale au miroir. On appelle
ce plan, le plan d'incidence.
Plan d'incidence
Rayon incident
Normale au miroir
Rayon
réfléchi
b) 1ere loi de Descartes sur la réflexion :
Le rayon réfléchit appartient au plan d'incidence définit par le rayon incident et la normale au miroir plan.
➢ La 2e loi de Descartes sur la réflexion :
A l'aide d'un disque gradué en angle on mesure la valeur de l'angle de réfraction en fonction de l'angle
d'incidence.
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a) schéma :
i
r
b) L'angle d'incidence i est l'angle entre le rayon incident et la normale au miroir plan. L'angle de
réflexion r est quand a lui l'angle entre le rayon réfléchit et la normale.
c) Mesures expérimentales :
i (°)
10
30
45
60
r (°)
10
30
45
60
d) 2e loi de Descartes sur la réflexion :
L'angle d'incidence (angle entre le rayon incident et la normale) est égale à l'angle de réflexion (angle
entre le rayon réfléchit et la normale).
II) Les lentilles :
II-1) Comment distinguer les différents types de lentilles ?
En posant sur le texte du TP, on constate qu'en les éloignant lentement du texte tout en regardant au
travers, l'image peut-être selon les cas agrandie ou rétrécie.
On peut donc classer les lentilles en deux catégories :
• les lentilles qui donnent d'un objet proche une image plus grande
• les lentilles qui donnent d'un objet éloigné une image plus petite.
De même, on constate que l'on peut classer les lentilles en deux catégories en fonction du signe de leur
vergence.
Ainsi on en conclut que les lentilles qui ont une vergence positive donnent une image plus grande d'un
objet proche, alors que les lentilles qui ont une vergence négative donnent une image plus petite d'un
objet proche.
II-2) Mesure de la distance focale d'une lentille :
On observe l'image d'un objet lointain (les tubes néons de la salle) à travers une lentille de vergence
positive. La distance écran-lentille de façon à obtenir une image nette sur l'écran de cet objet lointain,
correspond à la distance focale f' de la lentille.
Ainsi nous obtenons pour les trois lentilles de vergence positive :
Vergence en dioptries (δ) Distance focale f' en mètres (m)
Lentille blanche
8
0,13
Lentille verte
3
0,34
Lentille rouge
2
0,52
a) La distance focale d'une lentille est totalement indépendante de la face d'entrée de la lumière. C'est une
caractéristique de la lentille.
b) On constate que la valeur mesurée de la distance focale mesurée est à peu près égale à 'inverse de la
valeur de la vergence (C) indiquée par le constructeur. Ainsi :
1
C=
; C est la vergence en dioptries (δ) ; f' est la distance focale en m.
f'
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Remarque : 1 δ = 1 m-1
II-3) Influence de la distance lentille-objet sur les caractéristiques de l'image :
1
On choisit une lentille de vergence C = 3 δ, soit de distance focale f' =
= 33 cm.
3
On place l'objet le plus loin possible de la lentille et on effectue ensuite la mise au point de l'image sur
l'écran en déplaçant ce dernier. Lorsque l'on approche l'objet de la lentille, on constate qu'il alors est
nécessaire d'éloigner l'écran de la lentille pour obtenir une image nette de l'objet.
Lorsque la distance objet-lentille est à peine supérieure à la distance focale de la lentille, on peut
constater que l'image est observable sur un écran ou un mur lointain.
Lorsqu'enfin la distance objet lentille devient légèrement inférieure à la distance focale de la lentille, on
constate que l'image n'est plus observable sur un écran même lointain. Par contre elle est observable a
l'œil nu, si on place son œil derrière la lentille. L'image semble se former entre l'objet et la lentille.
a) Lorsque l'on diminue la distance objet-lentille, on constate que la distance lentille-image augmente et
que la taille de l'image augmente.
b) Plus la distance objet image se rapproche de la distance focale et plus l'écran doit être placé loin pour
que l'image soit observable. De plus si cette distance est inférieure a la distance focale, l'image n'est plus
observable sur l'écran. Ainsi nous en déduisons, que l'image à travers la lentille de l'objet situé à la
distance focale de la lentille est renvoyée à l'infini.
c) Lorsque l'objet est situé à une distance inférieure à la distance focale de la lentille, l'image n'est pas
observable sur un écran mais elle l'est à l'œil nu.
d) Si l'image n'est pas visible sur l'écran mais qu'elle l'est à l'œil nu en plaçant son œil derrière la lentille,
on en déduit que l'image se forme avant la lentille, soit du coté de l'objet. On dit que cette image est
virtuelle. L'image paraît alors plus grande que l'objet.
e) La loupe est instrument d'optique qui est utilisé dans ces conditions.
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