TP : Le microscope

Nom :
Prénom:
n°groupe:
TP : Le microscope
Commentaires :
Compétence
expérimentale:
Compte rendu:
Bilan:
1)Présentation
Un microscope comprend trois systèmes optiques :
•
Un miroir sphérique concave associé à un condenseur qui
permet d'éclairer l'objet observé.
•
L'objectif qui est un système optique constitué de plusieurs
lentilles assimilables à une lentille convergente de très
courte distance focale. (de l'ordre du mm). Le grandissement
γ1 est gravé sur l'objectif (par exemple x4 x10 x40)
•
L'oculaire qui est un système optique de distance focale de
l'ordre du centimètre. L'oculaire est assimilable à une lentille
convergente et joue le rôle dune loupe. Le grossissement
G2 est gravé sur l'oculaire (par exemplex10)
2)Modélisation d'un microscope
2.1)Montage
•
•
•
•
•
•
•
Un microscope peut être modélisé par un enssemble de deux lentilles minces
convergentes.
Les deux lentilles ont le même axe optique et sont fixes l'une par rapport à l'autre.
Objet : Une lettre placée devant la lanterne
Objectif L1 : Une lentille convergente de vergence C1=8δ
Oculaire L2 : Une lentille convergente de vergence C2=3δ
La distance O1O2 devra rester constante dutrant toute la manipulation !
L'interval optique Δ est la distance qui sépare le foyer image F' 1 de l'objectif du foyer objet F2
de l'oculaire : Δ =F'1F2 Dans un microscope l'intervalle optique est constante.
2.2)Préréglages du microscope
•
•
•
Placer l'objet (lettre) davant la source de lumière.
Disposer l'objectif et l'oculaire sur les supports et régler la hauteur des lentilles sur la
hauteur de l'objet.
Garder ensuite la distance entre ces deux lentilles constante.
2.2.1)Mesurer précisément la hauteur
valeur de l'intervalle optique Δ =F'1F2

 AB
=

 AB
de l'objet, et la distance O1O2 et calculer la
2.2.2)Complèter le schéma du microscope sur la feuille de papier milimétré fournie, en
dessinant, à l'échelle1/5ème sur l'axe horizontal et à l'échelle 1/2 sur l'axe vertical, les lentilles
avec leur foyers et l'intervalle optique Δ. Positionner à l'échelle 1 le diaphragme sur l'objectif. Le
schéma sera compléte progressivement.
2.3)Image intermédiaire A1B1 de l'objet AB par l'objectif
Schématiquement, la correspondance entre objet et image pour l'objectif et l'oculaire est donnée cidessous :
2.3.1)On désire observer une image définitive A'B' à l'infini (observation sans fatigue de
l'oeil): Où doit être placé l'image intermédiaire A1B1 par rapport à l'oculaire ? Exprimer O1A1 en
fonction de f'1 et de Δ puis calculer la valeur de O1A1.
•
•
Placer un écran blanc sur le banc optique là ou se forme l'image A1B1
Déplacer l'objet AB de façon à former l'image A1B1 la plus nette possible sur l'écran. Noter la
position de l'objet par rapport à l'objectif soit O1A (attention au signe !)
2.3.2)Quelles sont les caractéristiques de l'image A1B1 observée (taille et sens).Déterminer
expérimentalement le grandissement de l'objectif (attention au signe)
2.3.3)En appliquant la relation de conjugaison calculer la position O1A de l'objet AB par
rapport à l'objectif. Comparer avec l'expèrience.
2.3.4)Compléter le schéma du microscope : l'objet est représenté par une flèche verticale.
Pour un trac soigné, dessiner l'image intermédiaire A1B1 puis tracer les rayons lumineux à partir de
cette image pour retrouver la position de l'objet.
Δ
2.3.5)Comparer ∣γ1∣ et
Etablir une relation entre les deux grandeurs.
 f ' 1
2.4)Image définitive A'B'
•
•
Placer l'écran blanc après l'oculaire et déplacer-le jusqu'à obtenir un petit disque lumineux
bien net. Ce disque est le cercle oculaire du microscope (son étude sera réalisée plus loin).
Retirer l'écran et placer l'oeil au niveau du cercle oculaire. Observer l'objet à travers le
microscope.
2.4.1)L'image définitive est-elle droite ou renversée ?
2.4.2)Compléter le schéma du microscope en construisant l'image définitive A'B'
3)Grossissement G du microscope
3.1)Définition
Le grossissement d'un microscope est le raport
θ ' 
avec :
θ
•
θ' : angle sous lequel est vu l'image définitive
par le microscope
•
θ angle sous lequel est vu l'objet à l'oeil nu
lorsqu'il est placé à la distance minimale de
vision distincte: dm=25cm=0,25m
3.1.1)Dessiner l'angle θ' sur le schéma du microscope. Attention l'angle θ n'apparait pas sur
le schéma.
3.1.2)Exprimer tanθ en fonction de AB et dm. Lorsque θ est petit on peut faire
l'approximation tanθ=θ. Calculer θ.
3.1.3)Exprimer tan θ' en fonction de A1B1 et f'2
3.1.4)Calculer le grossissement G du microscope
Lorsqu'un microscope grossit G fois, cela signifie que l'objet est vu sous un angle G fois plus
grand qu'avec l'oeil nu.
3.1.5)Le grossissement G2 de l'oculaire est : G2=
A1B1 à la distance dm. Montrer que G2=
θ ' 
où θ1 estl'angle sous lequel est vu
θ1
dm
 f ' 2
3.1.6)Montrer que litéralement G = ∣γ1∣ x G2 avec γ1 le grandissement de l'objectif L1
 Δ.dm
Δ
et en déduire que G=
 f ' 1 x f ' 2
 f ' 1
Calculer G et le comparer à la réponse de la question 3.1.4)
3.1.7)Montrer litéralement que
∣γ1∣ =
4)Cercle oculaire
4.1)Définition
Définition :
Le cercle oculaire est l'image de la monture de l'objectif ou de son diaphragme par l'oculaire.
4.2)Manipulation
•
•
Placer l'écran blanc derrière l'oculaire et retrouver le cercle oculaire du micoscope.
On note C le point d'intersection entre le cercle oculaire et l'axe optique.
4.2.1)Noter la position du cercle oculaire par rapport à l'oculaire et le diamètre du cercle
oculaire dco. Noter également le diamètre du diaphragme noté dobj.
O2C=
dco=
dobj=
4.2.2)Vérifier que le cercle oculaire est bien l'image de l'oculaire par l'objectif en plaçant un
pointe de stylo contre l'objectif. Quelles sont vos observations .
4.2.3)A partir de la formule de conjugaison des lentilles calculer O2C.
4.2.4)Vérifier
expérimentalement.
que
O2C>f'2.
Comparer
la
valeur
calculée
avec
celle
obtenue
4.2.5)Calculer le diamètre du cercle oculaire dco et le comparer avec l'expèrience.
4.2.6)Construire le cercle oculaire en réalisant un nouveau schéma du microscope, mais
sans placer l'objet et les images. On garde la même échelle horizontale et verticale.
Déterminer sa position par rapport à l'oculaire et son diamètre sur le schéma puis dans la réalité.
4.2.7)Le cercle oculaire dépend-t-il de la taille et de la position de l'objet ?
•
•
Le faisceau lumineux émergent de l'oculaire d'un microscope réel se concentre en un petit
disque lumineux de diamètre inférieur à 2mm.
Le diamètre de la pupille de l'observateur est généralement supérieur au diamètre du
cercle oculaire : L'observateur reçoit alors un maximum de lumière lorsqu'il place son oeil
au niveau du cercle oculaire.