les lentilles minces copyright : irempt département sciences physiques janvier 2006
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LES LENTILLES MINCESLES LENTILLES MINCES
Copyright : IREMPTCopyright : IREMPT
Département Département Sciences PhysiquesSciences Physiques
Janvier 2006Janvier 2006
INSTRUCTIONS
Vous devez :
1 – suivre les simulations,
2 – répondre mentalement aux questions,
3 – Vérifier vos réponses sur les diapositives qui suivent celles qui contiennent les questions,
4 – et retenir les conclusions.
INDICATIONS
Pour passer d’une diapositive à une autre, cliquez sur le bouton :
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DISTINCTION PHYSIQUE DES LENTILLES MINCES
Envoyons un faisceau incident cylindrique sur la lentille LC et observons le faisceau émergent de LC.
Lc
Quelle est la nature du faisceau émergent de Lc ?
Faisceau émergentFaisceau incident
(cylindrique)
suivant précédent Mettre fin au diaporama
DISTINCTION PHYSIQUE DES LENTILLES MINCES
Faisceau incident
(cylindrique)
Faisceau émergent
Nous observons que le faisceau émergent de Lc est convergent.
Lc
(convergent)
suivant précédent Mettre fin au diaporama
(convergent)(convergent)
A RETENIRDISTINCTION PHYSIQUE DES LENTILLES MINCES
Toute lentille qui transforme un faisceau incident cylindrique en un faisceau émergent convergent est une lentille convergente.
Faisceau incident
(cylindrique)
Faisceau émergent
Lc
(convergent)
suivant précédent Mettre fin au diaporama
Toute lentille qui transforme un faisceau incident cylindrique en un faisceau émergent convergent est une lentille convergente.
Toute lentille qui transforme un faisceau incident cylindrique en un faisceau émergent convergent est une lentille convergente.
Toute lentille qui transforme un faisceau incident cylindrique en un faisceau émergent convergent est une lentille convergente.
DISTINCTION PHYSIQUE DES LENTILLES MINCES
Quelle est la nature du faisceau émergent de LD ?
Faisceau émergentFaisceau incident
(cylindrique)
suivant précédent Mettre fin au diaporama
LD
Envoyons un faisceau incident cylindrique sur la lentille LD et observons le faisceau émergent de LD.
DISTINCTION PHYSIQUE DES LENTILLES MINCES
Faisceau incident
(cylindrique)
Faisceau émergent
Nous observons que le faisceau émergent de LD est divergent
(divergent)
suivant précédent Mettre fin au diaporama
(divergent)(divergent)
LD
LD
A RETENIRDISTINCTION PHYSIQUE DES LENTILLES MINCES
Toute lentille qui transforme un faisceau incident cylindrique en un faisceau émergent divergent est une lentille divergente.
Faisceau incident
(cylindrique)
Faisceau émergent (divergent)
suivant précédent Mettre fin au diaporama
Toute lentille qui transforme un faisceau incident cylindrique en un faisceau émergent divergent est une lentille divergente.
Toute lentille qui transforme un faisceau incident cylindrique en un faisceau émergent divergent est une lentille divergente.
Toute lentille qui transforme un faisceau incident cylindrique en un faisceau émergent divergent est une lentille divergente.
LES CARACTÉRISTIQUES D’UNE LENTILLE CONVERGENTE
Envoyons des rayons lumineux sur une lentille convergente.
O
B
Que remarquez – vous ?
A
A, B et O sont des points de la lentille
suivant précédent Mettre fin au diaporama
LES CARACTÉRISTIQUES D’UNE LENTILLE CONVERGENTE
O
B
A
Parmi les rayons envoyés sur la lentille, seul le rayon passant par O n’est pas dévié.
suivant précédent Mettre fin au diaporama
LES CARACTÉRISTIQUES D’UNE LENTILLE CONVERGENTE
O
Tout rayon passant par O n’est pas dévié.
suivant précédent Mettre fin au diaporama
Le point O est le centre optique de la lentille. Il est unique pour une lentille
Toute droite passant par le centre optique O est un axe optique pour la lentille.
A RETENIR LES CARACTÉRISTIQUES D’UNE LENTILLE
CONVERGENTE OU DIVERGENTE
Le point O est le centre optique de la lentille.
Une lentille possède une infinité d’axes optiques
O
suivant précédent Mettre fin au diaporama
La droite (x’, x), perpendiculaire à la direction de la lentille est l’axe optique principale de la lentille.
Les autres droites passant par O sont des axes secondaires.
A RETENIR (suite)
LES CARACTÉRISTIQUES D’UNE LENTILLE CONVERGENTE OU DIVERGENTE
O
suivant précédent Mettre fin au diaporama
x’ x
CARACTERISTIQUES D’UNE LENTILLE CONVERGENTE
Envoyons des rayons lumineux sur la lentille convergente.
Quel est le rayon incident dont la direction du rayon émergent
est parallèle à l’axe optique principal ?
OFGH
suivant précédent Mettre fin au diaporama
CARACTERISTIQUES D’UNE LENTILLE CONVERGENTE
Le rayon incident dont la direction du rayon émergent
est parallèle à l’axe optique principal est le rayon passant par
le point F.
OFGH
suivant précédent Mettre fin au diaporama
A RETENIRCARACTERISTIQUES D’UNE LENTILLE
CONVERGENTE
Tout rayon incident passant par le point F émerge en étant parallèle à l’axe optique principal.
OF
Le point F est le foyer objet de la lentille convergente.
suivant précédent Mettre fin au diaporama
CARACTERISTIQUES D’UNE LENTILLE DIVERGENTE
Envoyons des rayons lumineux sur la lentille divergente.
Quel est le rayon incident dont la direction du rayon émergent
est parallèle à l’axe optique principal ?
O F G H
suivant précédent Mettre fin au diaporama
CARACTERISTIQUES D’UNE LENTILLE DIVERGENTE
Le rayon incident dont la direction du rayon émergent est parallèle à l’axe optique principal est le rayon qui passerait par le point F sans la présence de la lentille divergente.
O F G H
suivant précédent Mettre fin au diaporama
A RETENIRCARACTERISTIQUES D’UNE LENTILLE
DIVERGENTE
Tout rayon incident qui passerait par le point F sans la présence de la lentille émerge en étant parallèle à l’axe optique principal.
O F
Le point F est le foyer objet de la lentille divergente.
suivant précédent Mettre fin au diaporama
CARACTERISTIQUES D’UNE LENTILLE CONVERGENTE
Envoyons des rayons lumineux incidents parallèles à l’axe optique principal de la lentille convergente.
Que remarquez – vous ?
O F’
suivant précédent Mettre fin au diaporama
CARACTERISTIQUES D’UNE LENTILLE CONVERGENTE
Tous les rayons incidents parallèles à l’axe optique principal émergent en passant par le point F’.
suivant précédent Mettre fin au diaporama
O F’
A RETENIRCARACTERISTIQUES D’UNE LENTILLE
CONVERGENTE
Le point F’ est le foyer image de la lentille convergente.
suivant précédent Mettre fin au diaporama
O F’
Tous les rayons incidents parallèles à l’axe optique principal émergent en passant par le point F’.
CARACTERISTIQUES D’UNE LENTILLE DIVERGENTE
Envoyons des rayons lumineux incidents parallèles à l’axe optique principal de la lentille divergente.
Quel remarquez – vous ?
OF’
suivant précédent Mettre fin au diaporama
CARACTERISTIQUES D’UNE LENTILLE DIVERGENTE
Tous les rayons incidents parallèles à l’axe optique principal émergent en semblant provenir du point F’ sans la présence de la lentille divergente.
suivant précédent Mettre fin au diaporama
OF’
A RETENIRCARACTERISTIQUES D’UNE LENTILLE
DIVERGENTE
Le point F’ est le foyer image de la lentille divergente.
suivant précédent Mettre fin au diaporama
Tous les rayons incidents parallèles à l’axe optique principal émergent en semblant provenir du point F’ sans la présence de la lentille divergente.
OF’
DISTANCE FOCALE
Dans les deux cas, comment sont les points F et F’ par rapport au point O ?
suivant précédent Mettre fin au diaporama
Pour une lentille convergente :
OF’ FO F’F
F est placé avant O
Pour une lentille divergente :
F est placé après O
F’ est placé avant OF’ est placé après O
DISTANCE FOCALE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
Les points F et F’ sont symétriques par rapport à O.
OF’ FO F’F
On caractérise une lentille par une nouvelle grandeur physique : la distance focale notée souvent f.
L’unité du système international de la distance focale est le mètre (m).
DISTANCE FOCALE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
OF’ FO F’F
La valeur de la distance focale est la distance OF.
Pour distinguer une lentille convergente d’une lentille divergente, on attribue un signe à cette grandeur :
positive, pour une lentille convergente,
négative, pour une lentille divergente
DISTANCE FOCALE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
OF’ FO F’F
Sur les figures ci – dessus, l’unité est le cm.
Quelle est la distance focale de chaque lentille ?
L1L2
DISTANCE FOCALE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
OF’ FO F’F
L1 est convergente donc :
L1L2
f est positive
La distance OF est 3 cm donc :
f = 3.10-2 m
L2 est divergente donc :
f est négative
La distance OF est 4 cm donc :
f = - 4.10-2 m
VERGENCE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
Une autre grandeur physique, caractéristique de la lentille, est la vergence. Elle est souvent notée C
La vergence C est l’inverse de la distance focale f.
C =1f
L’unité du système international de la vergence est la dioptrie. Son symbole est
IMAGE D’UN OBJET DONNEE PAR UNE LENTILLE CONVERGENTE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
Il suffit de chercher l’image du point B. Pour cela, on peut :
O F’F
Tracer le rayon lumineux passant par B dont la direction est parallèle à l’axe optique.
L’objet AB est placé avant le foyer objet F.
A
B
Il émerge en passant par le foyer image F’.
IMAGE D’UN OBJET DONNEE PAR UNE LENTILLE CONVERGENTE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
O F’F
Tracer le rayon lumineux passant par B et par O.
L’objet AB est placé avant le foyer objet F.
A
B
Il n’est pas dévié.
IMAGE D’UN OBJET DONNEE PAR UNE LENTILLE CONVERGENTE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
O F’F
L’image du point B est l’intersection des deux rayons émergents.
L’objet AB est placé avant le foyer objet F.
A
B
Pour vérifier notre construction, on trace le rayon passant par B et le foyer objet F.
Il émerge parallèle à l’axe optique principal.
B’
B’
A’
IMAGE D’UN OBJET DONNEE PAR UNE LENTILLE CONVERGENTE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
O F’F
L’objet AB est placé avant le foyer objet F.
A
B
On trace la perpendiculaire à l’axe optique principale passant par B’.
L’intersection de cette droite avec l’axe optique principal est A’ image de A.
L’image de AB est A’B’.
IMAGE D’UN OBJET DONNEE PAR UNE LENTILLE CONVERGENTE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
O F’F
Tracer le rayon lumineux passant par B et par O.
Il émerge en n’étant pas dévié.
Il suffit de chercher l’image du point B. Pour cela, on peut :
L’objet AB est placé entre le foyer objet F et la lentille.
A
B
IMAGE D’UN OBJET DONNEE PAR UNE LENTILLE CONVERGENTE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
O F’F
Tracer le rayon lumineux passant par B dont la direction est parallèle à l’axe optique.
L’objet AB est placé entre le foyer objet F et la lentille.
A
B
Il émerge en passant par le foyer image F’.
Le prolongement de ce rayon coupe le rayon passant par O en B’, image de B.
B’
IMAGE D’UN OBJET DONNEE PAR UNE LENTILLE CONVERGENTE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
O F’F
Son prolongement passe par B’.
L’objet AB est placé entre le foyer objet F et la lentille.
AB
Pour vérifier notre construction, on trace le rayon passant par le foyer objet F et B.
Il émerge parallèle à l’axe optique principal.
B’
A’
IMAGE D’UN OBJET DONNEE PAR UNE LENTILLE CONVERGENTE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
L’objet AB est placé entre le foyer objet F et la lentille.
On trace la perpendiculaire à l’axe optique principale passant par B’.
L’intersection de cette droite avec l’axe optique principal est A’ image de A.
L’image de AB est A’B’.
O F’FA
BB’
IMAGE D’UN OBJET DONNEE PAR UNE LENTILLE DIVERGENTE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
Il suffit de chercher l’image du point B. Pour cela, on peut :
OF’ F
Tracer le rayon lumineux passant par B dont la direction est parallèle à l’axe optique.
L’objet AB est placé avant le foyer image F’.
A
B
Il émerge en semblant provenir du foyer image F’.
IMAGE D’UN OBJET DONNEE PAR UNE LENTILLE DIVERGENTE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
Tracer le rayon lumineux passant par B et par O.
L’objet AB est placé avant le foyer image F’.
Il n’est pas dévié.
OF’ F
L’objet AB est placé avant le foyer image F’.
A
B
L’image du point B est l’intersection du rayon passant par O et celui semblant provenir de F’.
B’
IMAGE D’UN OBJET DONNEE PAR UNE LENTILLE DIVERGENTE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
L’objet AB est placé avant le foyer image F’.
Pour vérifier notre construction, on trace le rayon passant par B et qui passerait par le foyer objet F sans la présence de la lentille.
Il émerge parallèle à l’axe optique principal.
OF’ FA
BB’
Son prolongement passe par B’.
A’
IMAGE D’UN OBJET DONNEE PAR UNE LENTILLE DIVERGENTE
suivant précédent Mettre fin au diaporama
L’objet AB est placé avant le foyer image F’.
On trace la perpendiculaire à l’axe optique principale passant par B’.
L’intersection de cette droite avec l’axe optique principal est A’ image de A.
L’image de AB est A’B’.
OF’ FA
BB’
UTILISATIONS DES LENTILLES MINCES
Des lentilles minces sont utilisées dans différents dispositifs et appareils tels :
Les lunettes pour corriger la vision défectueuse de certains patients myopes, hypermétropes ou presbytes
Les appareils photographiques : d’un grand objet, ils donnent de petites images.
Les projecteurs de films : d’un petit objet, ils donnent de grandes images
Partout où on la retrouve, la lentille sert à : Donner une image; Améliorer une image.
Les caractéristiques de de l’image dépendent de la position de l’objet par rapport à l’objet.
Exercices