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06. Lentilles Physique passerelle sur 12

06 Lentilles Physique passerelle

hiver 2016

1. Lentilles

Les lentilles sont utilisées dans de nombreux appareils de la vie courante :

Il existe principalement deux types de lentilles :

lentilles convergentes lentilles divergentes

les bords sont plus fins que le centre

les bords sont plus épais que le centre

la double réfraction rabat les rayons incidents

la double réfraction disperse les rayons incidents

schéma avec foyer � et centre optique �

Quelques définitions :

lentille :

foyer :

centre optique :

axe optique :

distance focale :

corps transparent conçu pour dévier les rayons lumineux.

lieu vers lequel convergent les rayons lumineux parallèles (pour y mettre le feu).

lieu tel que les rayons lumineux qui y passent ne sont pas déviés.

droite passant par le centre optique et le foyer.

distance entre une lentille et son foyer.

� � � �


2. Signes conventionnels

Voici les signes conventionnels utilisés pour résoudre les problèmes avec des lentilles :

lentille convergente

lentille divergente

objet ou image

ce qui est réel

(présence de photons)

ce qui est virtuel

(illusion d’optique)

Il convient de bien faire la différence entre une image réelle et une image virtuelle :

image réelle image virtuelle

→ exemple : image sur un écran de beamer.

→ point où convergent les rayons lumineux.

→ présence de photons.

→ si on la touche, elle colore nos doigts.

→ exemple : image dans un miroir.

→ d'où semblent provenir les rayons lumineux.

→ illusion d’optique.

→ on ne peut pas la toucher.

3. Règle des trois rayons

Les lentilles minces (et les miroirs sphériques) obéissent à la règle des trois rayons :

1) tout rayon passant par le centre optique n'est pas dévié.

2) tout rayon parallèle à l'axe optique est dévié en direction d'un foyer.

3) tout rayon passant par un foyer est dévié parallèlement à l'axe optique.

1)

2)

3)

Examen d’été 2014 :


4. Lentille convergente

1) Dans le cas suivant, l’éloignement de l’objet est supérieur à deux fois la distance focale de la lentille :

→ œil, appareil photo

2) Ici, l’éloignement de l’objet est compris entre une fois et deux fois la distance focale de la lentille :

→ beamer


3) Dans le cas suivant, l’éloignement de l’objet est inférieur à la distance focale de la lentille :

→ loupe

5. Lentille divergente

4) Dans le cas suivant, l’éloignement de l’objet est supérieur à la distance focale de la lentille divergente :

→ lunettes de myope


6. Miroirs sphériques

5) Dans le cas suivant, l’éloignement de l’objet est inférieur à la distance focale du miroir concave :

→ miroir buccal de dentiste

6) Dans le cas suivant,l’éloignement de l’objet est supérieur à la distance focale du miroir convexe :

→ dos de cuillère


7. Lois des lentilles

Les lentilles minces (et les miroirs sphériques) obéissent à deux lois fondamentales.

• Première loi :

1� + 1

�′ = 1 (page 158)

• � est la position de l’objet en mètres [m]

• �′ est la position de l’image en mètres [m]

• est la distance focale en mètres [m]

• Deuxième loi :

′ = − �

�′ (page 158)

• � est la position de l’objet en mètres [m]

• �′ est la position de l’image en mètres [m]

• est la grandeur de l’objet en mètres [m]

• ′ est la grandeur de l’image en mètres [m]

Convention des signes :

�

> 0 convergente (concave) (page 158)

< 0 divergente (convexe)

�, �′ �

> 0 réel

< 0 virtuel

, ′ �

> 0 droit

< 0 renversé

Exemple :

On place un objet lumineux de 6 mm de hauteur à 50 mm du centre optique d’une lentille divergente de

focale -75 mm.

a) A quelle distance du centre optique se trouve l’image A’B’ ? Rép. : 30 mm

b) L’image A’B’ est-elle réelle ou virtuelle ? Rép. : virtuelle

c) Quelle est la hauteur de l’image A’B’ ? Rép. : 3,6 mm

d) L’image A’B’ est-elle renversée ou droite ? Rép. : droite

Examen d’hiver 2012 :

′

� �′


8. Exercices

Exercice 1

a)

b)

c)

d)

Exercice 2

Exercice 3

Exercice 4


Exercice 5

Exercice 6

Exercice 7

Exercice 8


Exercice 9

Exercice 10

a)

b)

c)

d)


Exercice 11

Exercice 12

Exercice 13

Exercice 14


Exercice 15

Exercice 16

Exercice 17 (examen d’été 2014)



Exercice 19

Un objet lumineux AB est situé à 250 mm du centre optique d’une lentille convergente de focale +150 mm.


b) L’image A’B’ est-elle réelle ou virtuelle ? Rép. : réelle

Exercice 20

Un objet lumineux AB est situé à 150 mm du centre optique d’une lentille divergente de focale -100 mm.


b) L’image A’B’ est-elle réelle ou virtuelle ? Rép. : virtuelle

Exercice 21

On projette sur un écran l’image A’B’ d’un objet lumineux AB produite par une lentille convergente. La

hauteur de l’image A’B’ mesure 48 mm. La distance de l’objet AB au centre optique de la lentille est égale à

1,2 m et celle du centre optique à l’écran vaut 36 cm. Calculer la hauteur de l’objet AB. Rép. : 160 mm

Exercice 22

Une lentille donne d’un objet lumineux de 30 mm de hauteur, situé à 40 cm de son centre optique, une

image réelle A’B’ haute de 45 mm.

a) Quelle est la distance séparant l’écran du centre optique de la lentille ? Rép. : 60 cm

b) Quelle est la distance focale de la lentille ? Rép. : 24 cm

Exercice 23

Un objet lumineux AB est situé à 80 cm d’un écran sur lequel on désire projeter une image A’B’ de même

taille que l’objet AB.

a) Quel type de lentille faut-il utiliser ? Rép. : convergente

b) A quelle distance de l’objet faut-il placer la lentille ? Rép. : 40 cm

c) Quelle doit être la distance focale de la lentille ? Rép. : 20 cm

Exercice 24 (examen d’hiver 2010)


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