DEVOIR SURVEILLE N° 1 – SCIENCES PHYSIQUES

NOM Prénom :
le 22.09.2010
TS Spécialité :
DEVOIR SURVEILLE N° 1 – SCIENCES PHYSIQUES
Exercice n° 1 : (1 points)
Quelles sont les conditions de Gauss dans lesquelles les lentilles doivent être utilisées ?
Exercice n° 2: (9 points)
On suppose que l'objectif d'un appareil photographique peut être modélisé par une lentille mince
convergente de distance focale f = 50,0 mm.
1.
a) Calculer la vergence de la lentille et donner son unité.
b) Par quelle expérience simple peut-on vérifier la distance focale de la lentille.
- Comment peut-on reconnaître une lentille convergente ?
2. On photographie une tour, de hauteur AB = 20,0 m, située à 100 m de l'objectif.
a) Calculer, en appliquant la relation de conjugaison, la position de la pellicule photo par rapport à
l'objectif.
b) Pourquoi le résultat trouvé était-il prévisible ?
c) Calculer la hauteur de l'image de la tour sur la pellicule.
3. On photographie maintenant un personnage situé à 2,00 m de l'objectif.
a) Déterminer la nouvelle position à donner à la pellicule par rapport à l'objectif.
b) Le personnage mesurant 1,80 m et les dimensions utiles de la pellicule étant 24 mm x 36 mm, peut-on
obtenir l'image entière du sujet photographié ?
Exercice n° 3: (5 points)
Optiquement l'œil humain peut être réduit à une lentille convergente (le cristallin)
placée à 17 mm d'un écran (la rétine).
1. Déterminer la vergence d'un œil (normal) au repos : c'est-à-dire observant à
l'infini.
2. Pour voir nettement un objet proche, l'œil accommode : les muscles ciliaires
augmentent la courbure du cristallin afin que l'image se forme sur la rétine.
Calculer la vergence de l'œil observant un objet placé à 25 cm de son cristallin.
3. Quelle différence peut-on faire entre un appareil photographique et l'œil
quant à la manière d'effectuer la mise au point de l'image ?
Exercice n° 4: (5 points)
Une lentille convergente donne d'un objet AB une image A'B' renversée, deux fois plus grande que l'objet
et située à 1,80 m de celui-ci.
1. Faire un schéma (échelle 1/10 selon l'axe optique) : placer l'objet et l'image (on prendra AB = 1 cm) ;
tracer le rayon permettant de situer le centre optique O de la lentille puis les rayons permettant de
placer les foyers.
2. Préciser, sans calcul :
a) la distance objet-lentille,
b) la distance focale et la vergence de la lentille utilisée.
Correction
Exercice n° 1 :
• Les rayons sont peu écartés de l’axe optique, pour cela on utilise un diaphragme.
• Les rayons sont peu inclinés de l’axe optique.
.
Exercice n° 2 :
1. a– la vergence est l'inverse de la distance focale exprimée en mètre
C= 1/ 0,050 = 20.0 dioptries.
b- Pour trouver rapidement une valeur approchée de la distance focale réaliser l'image
d'un objet a l’infini. Ex image d’un paysage sur un écran derrière la lentille. La distance
lentille écran est la distance focale.
Une lentille convergente est une lentille aux bords plus minces qu’au centre.
2. a. On fait un petit schéma sans échelle pour préciser les notations
1
1
1
La relation de conjugaison s’écrit :
–
=
OA’
OA
OF’
avec OF’ = f = 50,0⋅10-3 m et OA = - 100 m.
1
1
=
OF’
OA’
1
+
=
OA
OA + OF’
⇒
OF’ x OA
OA’ =
OF’ x OA
=
OA + OF’
50⋅10-3 x (-100)
=
(-100 + 50⋅10-3)
1
1
0.5
0.5
0.25
0.5
0.25
0.5
1
5,00⋅10-2 m
b) OA >> OF’ : on peut considérer que l’objet est à l’infini et donc son image se forme dans le
plan focal image.
c) Relation de grandissement : γ =
A’B’
AB
=
OA’
⇒ A’B’ =
AB x OA’
OA
=
OA
20 x 5,00⋅10-2
= - 1,00⋅10-2 m
-100
2.5
'
1
-2
'
1
'
1
3. Mêmes calculs mais avec OA1 = - 2 m, ce qui conduit à : OA = 5,13⋅10 m et A B =
46,1 mm
la pellicule faisant 24 mm sur 36 mm, on ne peut obtenir l’image complète du sujet.
Rq : la diagonale de la pellicule fait 43 mm.
Exercice n° 3 :
1. L’œil observe un objet à l’infini ⇒ l’image est dans le plan focal image et donc
1
1
OA’ = OF’ = 17 mm ; la vergence de l’œil est : c =
=
_ 59 δ
17⋅10-3
OF’
2.
1
OA’
–
1
OA
=
1
OF’
1
1
avec OA’ = 17 mm et OA = - 25 cm ⇒ c’ =
–
0,017
1
= 63 δ
-0,25
3. Dans un appareil photo (sans zoom) on modifie la distance lentille-écran pour faire la mise
au point tandis que dans l’œil cette distance ne change pas, c’est la vergence de la lentille
qui change.
Exercice n° 4 :
1
1
Attention à l’échelle pour donner les résultats : OF’ = 40 cm et c = =
= 2,5 δ
f’
0,4
1
1
1
2
1
3.5
1.5