Simulation de quelques instruments d`optiques I

Lycée Jean Perrin - Classe de TSI 1 E. VAN BRACKEL
TP de Physique-Chimie
TP - OG
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Simulation de quelques instruments d’optiques
1. Où doit être placée l’image en sortie de la lunette, afin que l’œil n’ait pas à accommoder ?
Point sécurité
Les lampes, après une utilisation prolongée, deviennent très chaudes : faites donc attention
en les manipulant. D’autre part les instruments d’optique sont fragiles, prenez-en soin.
Enfin, ne mettez PAS vos doigts sur les lentilles.
Objectifs :
2. Justifier ainsi la position de l’oculaire.
• Réaliser des instruments d’optique simples
• Savoir mesurer des grossissements et des diamètres angulaires apparents
I
3. Faire un schéma global de la lunette avec un tracé des rayons
Lunette de visée à l’infini
α0
où α0 est le diamètre an4. Calculer le grossissement théorique de la lunette G =
α
gulaire apparent de l’image formée par la lunette.
L1
L2
2)
F’1=F2
Objectif
1)
Oculaire
Réalisation expérimentale
C’est à vous !
• Réaliser un objet à l’infini d’après vos connaissances sur la formation des
images à l’aide de lentilles. On utilisera une grille diffusante comme objet.
• Déterminer un protocole expérimental permettant de mesurer le grossissement pratique de la lunette décrite précédemment. On réalisera la lunette
soigneusement et par étapes. Appeler le professeur !
• A l’aide d’un écran mobile, déterminez expérimentalement à quelle position
l’image est la plus lumineuse en sortie de la lunette ? C’est à cet endroit
qu’il faudrait placer son oeil pour avoir la plus grande luminosité.
Quelques aspects théoriques
Afin de comprendre le fonctionnement de la lunette de visée à l’infini, permettant d’observer
des objets très lointains, décomposons-là en procédant par étapes :
a) L’objectif
Composé d’une lentille convergente de vergence V1 = +3 δ, l’objectif a pour rôle de créer
une image intermédiaire d’un objet à l’infini.
1. Où se situe cette image intermédiaire ?
1. Remarquez sur l’image obtenue différents types d’aberrations. Citez-les.
2. Quelle est la taille de cette image en fonction du diamètre angulaire apparent α de
l’objet ?
2. En vous aidant du schéma correspondant au chemin des rayons dans la lunette, quelle
solution est envisageable pour améliorer la netteté des bords de l’image ?
b) L’oculaire
Composé également d’une lentille convergente de vergence V2 = +8 δ, l’oculaire joue le
rôle d’une loupe pour l’image intermédiaire formée par l’objectif.
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TP - OG 3. SIMULATION DE QUELQUES INSTRUMENTS D’OPTIQUES
II
Le microscope
1)
2)
Principe
C’est à vous !
A partir des deux lentilles de vergence indiquée, réaliser expérimentalement un
microscope.
Le microscope peut être vu comme une loupe devant laquelle on a rajouté un objectif agrandissant préalablement l’objet. On augmente ainsi le grossissement total tout en conservant
un confort de visualisation par l’utilisateur (image envoyée à l’infini).
On définit deux grandeurs caractéristiques du microscope :
Pour le réaliser, le plus simple consiste donc à utiliser deux lentilles :
• la puissance P =
• l’objectif est une lentille de vergence V1 = +20 δ qui crée une image intermédiaire
agrandie d’un objet placé à distance finie de la lentille ;
• l’oculaire est une lentille de vergence V2 = +8 δ qui récupère l’image intermédiaire
de l’objectif pour l’envoyer à l’infini vers l’oeil.
A1
(L1)
B
A
F’1
F1
O1
(L2)
F2
B1
Réalisation expérimentale
taille de l’objet
α0
où α0 est le diamètre angulaire apparent de l’image et AB la
AB
α0
où αPP est l’angle apparent sous lequel
αPP
l’objet, placé au ponctum proximum (PP), soit à 25 cm, est vu à l’œil nu
• le grossissement commercial Gc =
Généralement les deux lentilles sont à une distance fixe, et l’on translate l’ensemble par
rapport à l’objet.
rayons provenant
de B’
C’est à vous !
• Mesurer expérimentalement le diamètre angulaire apparent de l’image pour
en déduire la puissance et le grossissement commercial. Appeler le professeur !
• Déterminer expérimentalement comment augmenter le grossissement du microscope sans changer les lentilles. A quelle limite est-on confronté ?
α’
F’2
A faire pour la semaine prochaine
Effectuer un compte-rendu du TP en répondant aux questions posées de manière
claire et concise, et en traçant des schémas soignés.
Question : Justifier la position de l’oculaire sur le schéma ci-dessus.
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E. VAN BRACKEL