Mesurer la distance focale image d'une lentille mince convergente par la méthode de Bessel ou de Silbermann. Argumenter votre réponse. Objectif : mesurer la distance focale d’une lentille mince convergente avec trois méthodes différentes. II) Matériel : - un banc d’optique et ses supports - une lentille (vergence 5 δ) - Une source lumineuse Celle-ci s’applique uniquement aux lentilles convergentes et au miroir convergent (aux distances focales positives). (1h15) Les méthodes de focométrie servent à mesurer la distance focale image d’une lentille. Objectifs : ¾. Procéder à la construction géométrique d'un objet AB au travers d'une lentille convergente . 1° Observons le comportement des rayons lumineux avec 2 lentilles de même distance focale f' 1 = f' 2. 1 Mesure de la distance focale d’une lentille 1-1 Utilisation d’un viseur Nous allons utiliser dans ce TP une lunette à frontale fixe (description complémentaire en annexe), c'est-à-dire un viseur. 1° Observons le comportement des rayons lumineux avec 2 lentilles de même distance focale f’ 1 = f’ 2. COMPREHENSION ET ANALYSE DE LA SITUATION Vous disposez d’une lentille identique à celle du compte-fils. Service après-vente 10. a) Méthode de l’objet à l’infini. TP N°1 Physique Spécialité: Détermination de la distance focale d’une lentille convergente. Parmi les méthodes possibles, celle de l’objet à distance finie est une méthode classique, qui s’appuie sur l’utilisation de la formule de conjugaison. Calculer l’écart relatif avec la valeur officielle. • D´eterminer par diff´erentes m´ethodes la distance focale image d’une lentille convergente LC (on prendra celle not´ee +5δ) et d’une lentille divergente LD (on prendra celle not´ee −2δ ou −3,3δ Puissance intrinseque (ou vergence) d'une lentille. c'est une quantité algébrique, c'estàdire qu'on la compte positivement dans le sens de propagation de la lumière. Principe de la mesure par la méthode de Bessel : L(1) FOCOMÉTRIE. 17) Parmi les trois méthodes testées, quelle est la plus précise dans la mesure de la distance focale ? 15) Etablir une relation entre la distance focale f ’ et la distance objet-écran ̅̅̅̅̅′ dans cette configuration. Foyer image d'une lentille convergente (à gauche) et d'une lentille divergente (à droite). Une lentille mince L 1, de ent e opti ue O, donne d’un o jet A haut de 2,0cm et situé à 12,0cm en avant de la lentille image réelle A 1 B 1 située 6,0 m ap ès la lentille. Manipulation 1 : Détermination de la distance focale d’une lentille convergente - Méthode d’autocollimation : La méthode d’autocollimation est une des méthodes les plus directes pour déterminer la distance focale. Une mesure algébrique est une longueur affectée d'un signe, ce qui permet d'en orienter le sens sur un axe donné. Comment déterminer expérimentalement la distance focale de la lentille du compte-fils et le grandissement de l’image d’un timbre ? COMPREHENSION ET ANALYSE DE LA SITUATION Vous disposez d’une lentille identique à celle du compte-fils. Une lentille mince convergente offre la possibilité de former l’image d’un objet sur un écran. Méthode de l’autocollimation permettant de déterminer la distance focale d’une lentille : Utilisez un objet bien lumineux. II.2. Calculer f'. I/ Méthode de … Préliminaire: détermination de la distance focale d'une lentille convergente : [ 2] aux foyers objet F et image F'. Lorsque l'image se situe dans le même plan que l'objet (et qu'elle est de la même taille), la distance entre l'objet et la lentille (en fait son centre optique) est égale à la distance focale de la lentille. Une lentille convergente de distance focale f’ inconnue Une règle graduée Proposer puis mettre en œuvre un protocole expérimental permettant d’estimer la valeur de la dis-tance focale f’ de la lentille convergente et l’incertitude-type u(f’) associée à cette mesure. L'unité de la vergence est quant à elle la dioptrie dont le symbole est la lettre grecque delta δ. (Si on réduit p davantage le faisceau sortant devient un faisceau divergent.) Mesures des distances focales f’ : - positionner la lentille L 1 à la verticale de la paillasse et de la lampe située au plafond. Au contraire une distance focale négative correspond à une lentille divergente. II.10 – Nature d'une lentille Lentille CONVERGENTE Lentille DIVERGENTE le faisceau sort de la lentille plus convergent (ou moins divergent) qu'à l'entrée. - Mesurer à l’aide d’une règle, la distance entre la lentille et la feuille de papier. Le rôle d'une lentille convergente est de faire , les faire se diriger vers un même . I Identification rapide des lentilles. Tout rayon lumineux passant par le centre optique O n’est pas dévié, et tous les rayons parallèles à l’axe optique convergent en un point F’ appelé foyer image de la lentille. Ne doit pas être confondu avec Éléments besseliens . la distance focale (distance focale image) est positive . TP : FOCOMÉTRIE DES LENTILLES MINCES. lentille). Etablir les formules de conjugaison et du grandissement. Le choix de cette distance est important. 1) Evaluation rapide et approximative de la distance focale (15 min max) Une lentille est très convergente si la distance focale est courte et la vergence élevée . Déterminer la distance focale de la lentille, ainsi que sa vergence C 1. Par contre, la distance entre l'image et le foyer principal de la lentille (l i) (l i) est positive si elle est mesurée vers la droite et négative si elle est mesurée vers la gauche. Il suffit ensuite de mesurer la distance entre le centre de la lentille et le foyer, ce qui représente la longueur focale de la lentille. Nous avons remarqué que lorsque la distance focale est positive, il s’agit d’une lentille convergente. S.11. On exprime la distance focale f en mètre. 2.1.1 TP : Mesure de la distance focale d’une lentille convergente On pourra utiliser deux méthodes parmi d’autres ; méthode par auto-collimation (cette méthode pourra être utilisée dans un exercice de protocole expérimental, …) méthode de Bessel (cette méthode, un peu plus élaborée, demandera quelques calculs) 2 1.2. La distance focale f est la mesure algébrique (positive). • Pour connaître rapidement lʼordre de grandeur de la distance Mesure à l'aide d’une image ou d’un objet très éloigné ☞ remarque : afin de pouvoir récapituler les résultats en fin de TP, il faut étudier le même miroir (de focale ≈ 200 à 300 mm) pour lʼensemble des expériences. 10 | P a g e Principe : On considère une lentille mince convergente de focale f', de centre O, de foyers image F' et objet F. Soient D, la distance entre l'objet A (sur l'axe optique) et l'écran (où l'on visualise l'image A'), et d, la distance entre les deux positions de la lentille qui assurent la conjugaison de A et A', (c’est-à-dire la netteté de l'image sur l'écran). - Proposer un protocole et valider une solution ou une mesure Le but de cette séance de travaux pratiques est de déterminer la valeur de la distance focale f’ d’une lentille convergente par différentes méthodes. On rappelle que la distance focale f’ d’une lentille convergente est la distance algébrique OF'entre le centre optique O de la lentille et son foyer principal image F’. La lentille mince. Distance focale d'une lentille: C'est la mesure algébrique de OF' où O est le centre optique et F' le foyer principal image. Reconnaître si une lentille est convergente ou divergente. Le choix de cette distance est important. 1 Construire l’image donnée par la lentille L. cas No=1-En déduire la distance focale de la lentille L.2 Compléter le tableau 3 Soit \(x = \frac{1}{{\overline {OA} }}\) et \(y = \frac{1}{{\overline {OA'} }}\) tracer la droite \(y = x\) En déduire la vergence; puis la distance focale de L. 4. Si D est supérieur à la distance minimum DMIN=4 f ', il existe alors deux positions O1 et O2 du centre optique de la lentille étudiée qui permettent d'obtenir sur l'écran une image nette A’. La distance focale d'un système optique est la mesure de sa puissance de convergence (focus) ou divergence (diffusion) de la lumière. Argumenter votre réponse. [ 1] qui est un système centré dioptrique possède deux plans focaux perpendiculaires à l' axe principal. II Un auto-collimateur pour mesurer précisément les distances focales. 4°) Calculer la distance d entre ces deux positions, et en déduire la formule de Bessel : f' = (D² - d²) / 4D. Focométrie : mesure de la distance focale d’une lentille convergente. L'animation permet d'estimer rapidement la nature d'une lentille sphérique mince. Cas non symétrique : Dessiner au dos de feuille le cas d’une lentille plan convexe. : Illustrer la position du foyer principal image d’une lentille convergente sur un schéma soigné. b) Former une image avec le doublet, mesurer p = OAet p’ = OA'et en déduire une estimation de f0’ (A’ est l’image de A à travers le doublet). Portes lentilles et miroir. lentilles à bord mince le faisceau sort de la lentille III – Détermination de la distance focale d’une lentille convergente. TP 8 : Focométrie des lentilles Objectifs : Savoir déterminer simplement et précisément la distance focale d’une lentille convergente ou divergente . Accolez un miroir plan à l’arrière de la lentille convergente. Estimer la distance focale du doublet par autocollimation et en déduire une estimation de la distance focale f’ de la lentille divergente. - Relation de conjugaison ; grandissement. Q.12. De plus, il est assez facile de différencier les 2 types de lentilles. Se familiariser avec la précision des mesures et l’incertitude de mesure. Dans l'expression de la distance focale d'une lentille mince convergente, la distance OF' est indiquée avec un trait au-dessus de sa notation pour signifier que la mesure est algébrique. • D´eterminer par diff´erentes m´ethodes la distance focale image d’une lentille convergente LC (on prendra celle not´ee +5 ) et d’une lentille divergente LD (on prendra celle not´ee −5 ou −3;3 selon les disponibilit´es) Expériences préliminaires non réalisées sur demande e l’enseignant responsable du TP II.2. On étudie dans ce TP quelques méthodes de mesure des distances focales de lentilles ou de miroirs. La distance entre l’objet pointé (ou plan de visée) et l’objectif du viseur D est fixe. TP N°1 Physique Spécialité: Détermination de la distance focale d’une lentille convergente. -Lors de la modélisation de la situation n°1, le cristallin de l’œil et l’objectif de l’appareil seront modélisés par une lentille mince convergente de distance focale … Objectifs: Localiser expérimentalement une image. Une lentille convergente de distance focale f’ inconnue Une règle graduée Proposer puis mettre en œuvre un protocole expérimental permettant d’estimer la valeur de la dis-tance focale f’ de la lentille convergente et l’incertitude-type u(f’) associée à cette mesure. Déterminer avec précision la distance focale f ' de la lentille … Il est alors nécessaire de faire des mesures indirectes,soitàl’aided’unviseur,soitens’aidantd’unelentilleauxiliaire. Cette première méthode est simple à exécuter : si on obtient sur un écran une image nette d'un objet lumineux très éloigné (dont les rayons proviennent de l'infini) comme le Soleil par exemple, alors la distance mesurée entre la lentille et l'écran, sera la distance focale f ' = OA' de cette lentille convergente. Distance focale d’une lentille convergente Si p est suffisamment petit, le faisceau sortant devient parallèle : q est infiniment grand. 16) En déduire la distance focale de la lentille. TP 14 : LENTILLE CONVERGENTE : IMAGE DONNEE, MESURE DE LA DISTANCE FOCALE. Pour déterminer la distance focale d'une lentille, il suffit de déplacer l'ensemble lentille-miroir devant l'objet. Faire la construction correspondante. La vergence d'une lentille convergente La vergence permet de mesure le grossissement d'un objectif. Le point A se trouve maintenant au foyer objet F de la lentille. est de déterminer la distance focale de la lentille par la méthode de Bessel et de pouvoir vérifier sa vergence. omment mesurer la distance focale f’ d’une lentille convergente? on appelle distance focale image la distance séparant le centre de la lentille au foyer image. Savoir faire des relevés longitudinaux avec un viseur; savoir régler sur l'infini un collimateur. Le cours sur les lentilles convergentes est réservé aux élèves des classes de 3ème et a pour objectifs: Distinguer une lentille convergente d’une lentille divergente (forme et symbole) Définir les termes suivants : axe optique ; centre optique ; foyer objet ;foyer image ; distance focale. En déduire un ordre de grandeur des distances focales images des lentilles divergentes disponibles. Détermination approximative de la distance focale d'une lentille convergente Cette première méthode est simple à exécuter : si on obtient sur un écran une image nette d'un objet lumineux très éloigné (dont les rayons proviennent de l'infini ) comme le Soleil par exemple, alors la distance mesurée entre la lentille et l'écran, sera la distance focale f ' = OA' de cette lentille convergente. Une lentille à bords minces est une lentille convergente. La distance f = ¯¯¯¯¯¯¯¯OF f = O F ¯ est appelée distance focale objet, c’est une grandeur algébrique. Elle porte le nom de Friedrich Wilhelm Bessel, qui l'a publié en 1840 . LENTILLE MINCE DIVERGENTE - TP Mesure rapide d’une distance focale 1 Association de lentilles minces accolées • On peut montrer que l’association de deux lentilles minces accolées, de vergences respectives v et v’, se comporte comme une lentille mince de vergence v+v’ (algébriquement, s’il y a des vergences négatives). On détermine les foyers principaux F et F’ et on fixe centre optique O = milieu de F et F’. 3/7 2nde Bac. Détermination de la distance focale d’une lentille convergente Les erreurs de mesure s’entendent comme une distance séparant la première abscisse floue de la deuxième abscisse floue, l’abscisse nette se situant entre les deux. S’initier à l’utilisation du matériel optique. Mesure d’une distance focale d’une lentille mince convergente par auto collimation 1 Principe de la mesure : On place sur un banc d'optique successivement un objet AB, la lentille mince convergente étudiée, un miroir plan. 4°) Calculer la distance d entre ces deux positions, et en déduire la formule de Bessel : f' = (D² - d²) / 4D. C’est ce que l’on appelle de la focométrie. Elle est négative dans le cas d’une lentille convergente, positive dans le cas d’une lentille divergente. Mode d'emploi . 2.1. 2.1.1 TP : Mesure de la distance focale d¶une lentille convergente 1 2.1.2 TP : Dispersion de la lumière par un prisme 3 2.1.3 Vérification des formules de conjugaison et de grandissement 4 2.1.4 TP : Modélisation d'un œil avec un banc optique 6 3. 5°) Conclure en proposant un protocole expérimental permettant de mesurer la distance focale d'une lentille convergente (méthode dite de Bessel) 6°) Lors d'une expérience, on a mesuré D = 80,0 cm d = 32,5 cm. Méthode de Badal. La méthode de Badal est une méthode focométrique de détermination expérimentale de la focale d'une lentille divergente. Le schéma ci-dessous représente, à l'échelle réelle, unobjet lumineux AB, son image virtuelle A'B' donnée Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Avant de se lancer dans des mesures de distance focale, et afin de choisir un protocole, il est indispensable de connaître la nature de cette lentille. On montre que si l'objet AB est dans le plan focal de la lentille, l'image finale A'B' est dans le même plan que l'objet. Comment déterminer expérimentalement la distance focale de la lentille du compte-fils et le grandissement de l’image d’un timbre ? Compétences spécifiques à cette activité : Modéliser le comportement d’une lentille mince convergente par une série de mesures… But du TP: Étudier différentes méthodes de mesure de la distance focale de lentilles minces conver-gentes ou divergentes. Lentilles convergentes en classe de Tle Bac Pro. TP n°1 – focométrie A – Reconnaissance rapide des miroirs et des lentilles Dans ce qui suit le caractère proche ou loin est relatif à la distance focale. MESURE DES DISTANCES FOCALES (focométrie) 1-Objectif : Mesurer la distance focale d’une lentille convergente ou divergente par différentes méthodes. 2-Matériel utilisé : Banc d’optique gradué en mm, objet lumineux (F translucide placé devant une source), lentilles convergentes et divergentes de distances focales inconnues. Miroir plan. (6 pts) Détermination de la distance focale d’une lentille convergente Le but de cet exercice est de déterminer, par construction géométrique, la distance focale d'une lentille (L). Notions et contenus : - Lentilles minces convergentes : images réelle et virtuelle. Par la méthode d'autocollimation (pour les lentilles convergentes seulement) : après avoir accolé un miroir plan à une lentille, il suffit de rechercher la position de la lentille pour laquelle objet et image se superposent parfaitement. Foyer image d'une lentille convergente (à gauche) et d'une lentille divergente (à droite). La distance f = ¯¯¯¯¯¯¯¯OF f = O F ¯ est appelée distance focale objet, c’est une grandeur algébrique. Elle est négative dans le cas d’une lentille convergente, positive dans le cas d’une lentille divergente. On regarde un timbre de 2 cm 2 cm à travers une loupe (formée d’une lentille convergente) qui a une longueur focale de 15 cm 15 cm . TP no 2: Lentilles minces et focométrie OPT 201B Année 2011-2012 Licence 2 SPI TP 2 : Lentilles minces et focométrie — Corrections Expérience 1 : Identification rapide de la nature d'une lentille (méthode des lunetiers) I) Identifier par cette méthode les 4 lentilles qui vous sont fournies. Dans l'exemple ci-dessous, la longueur focale de la lentille convergente est de 12,45 cm 12,45 cm. [ 2] aux foyers objet F et image F'. 1 Mesure de la distance focale d’une lentille 1-1 Utilisation d’un viseur Nous allons utiliser dans ce TP une lunette à frontale fixe (description complémentaire en annexe), c'est-à-dire un viseur. Nous avons utilisé une lentille mince convergente de distance focale 15 cm. But du TP. Placez cet objet à 30 cm de la lentille environ. 1. Positionner sur un schéma représentant : un axe optique, le symbole de la lentille convergente,… La méthode de Bessel pour déterminer la distance focale f ' consiste donc à s'imposer une distance D entre un objet A et un écran E et à rechercher les deux positions de la lentille L qui donnent une image nette de A sur l'écran E. En mesurant les distances D et d on calcule la valeur de la distance focale … A est pependi ulai e à l’axe principal de la lentille et A est situé sur cet axe. La vergence est une grandeur qui se note avec la lettre C et qui correspond à l'inverse de la distance focale. Calculer f'. L'animation montre une méthode rapide de détermination de la distance focale d'une lentille convergente . On l'indique d'un trait placé au-dessus de la longueur en question. - Distance focale et vergence. Le principe de la méthode est décrit dans l'animation. Un système avec une longueur de focale plus courte a plus de puissance optique qu'un autre avec une longue focale. Déterminer la distance focale d’une lentille convergente à l’aide de deux méthodes. Méthode de Bessel.
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