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Lentille convergente
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Exercices

1/ Une lentille convergente fait converger les rayons lumineux et a les bords plus minces que le centre.

Comprendre

lentille convergente et divergente symbole et réalité
Converger
Se réunir en un même point

Ces lentilles sont utilisées dans les télescopes les lunettes, les appareils photos…Il vaut mieux attraper les lentilles par les bords car les traces de doigts gênent le passage de la lumière.
Les lentilles sont réalisées dans un matériau transparent afin que la lumière s'y propage.

Symbole d'une lentille

Le symbole d'une lentille est composé d'un trait et de deux flèches à ses extrémités. Les flèches évoquent la forme des bords de la lentille. Comme la lentille est convexe (bombé au centre), les flèches partent vers l'extérieur pour la lentille convergente.

2/ La lentille convergente fait apparaître les objets plus gros.

Comprendre

lentille convergente infini foyer
Points particuliers d'une lentille

Le centre de la lentille est appelé centre optique.
A égale distance de la lentille est placé le point focal objet et le point focal image, le premier avant la lentille (du coté de l'objet) et l'autre après.
En faisant converger les rayons, la lentille nous donne l'impression que l'objet est plus gros (ou plus près). On se sert de cette propriété pour réaliser des loupes ou des lunettes astronomiques.

Lentille divergente

La lentille divergente nous donne l'impression que les objets sont plus petits.

3/ Une lentille convergente fait converger les rayons lumineux venant de loin en son foyer.

Comprendre

C'est grâce à cela que l'on peut allumer un feu grâce à une loupe! Et c'est aussi pour cela qu'il est dangereux de laisser des bouteilles dans une forêt en été. La forme de la bouteille lui donne les propriétés d'une lentille convergente et peut provoquer un feu de forêt si le Soleil l'éclaire.

Points particuliers d'une lentille

Le centre de la lentille est appelé centre optique.
A égale distance de la lentille est placé le point focal objet et le point focal image, le premier avant la lentille (du coté de l'objet) et l'autre après.

Appliquer

tracé rayons particulier lentilles
Tracer une image

Trois règles sont à connaître:
Un rayon passant par le centre optique ne sera pas dévié.
Un rayon arrivant par le foyer objet sortira de la lentille parallèlement à l'axe optique.
Un rayon arrivant parallèlement à l'axe optique sur la lentille ressortira en passant par le foyer image

Ces règles sont aussi valables pour les lentilles divergentes et les miroirs. Dans la pratique, il suffit de tracer deux rayons pour savoir où ils convergent, on peut donc s'économiser un trait.

3/ Exercices

Appliquer

3/ Les yeux traçantImage 
(20 mn)
oeil hypermetrope trace oeil myope trace oeil myope trace













Tracer l'image qui entre dans l'oeil. On considérera que le cristallin est la seule zone qui déviera les rayons.
Tracer l'axe optique qui passe par le centre du cristallin.
Tracer le symbole de la lentille au centre du cristallin.
Tracer trois rayons qui partent du bord haut droit de l'objet de la façon suivante:
le premier passera par le centre optique du cristallin et ne sera pas dévié.
le second partira parallèlement à l'axe optique et ressortira de la lentille par le point focal image (F')
le troisième passera par le point focal objet et ressortira de la lentille parallèlement à l'axe optique.

Où convergent les rayons?

Les rayons convergent (se coupent tous) sur la rétine.

Faire de même pour le bord bas droit.

Comment l'image se projette-t-elle dans l'oeil?

Elle se projette à l'envers sur la rétine.

Faire le tracé des rayons comme précédemment pour les deux autres yeux en prenant la même valeur de distance focale.

L'image ne se projette pas sur la rétine dans les deux cas. Dans un des cas, elle se projette avant et dans l'autre, elle se projette après

Quand l'image ne se projette pas exactement sur la rétine, on voit flou. Un oeil hypermétrope est trop court par rapport à un oeil normal tandis qu'un oeil myope sera trop long.

Identifie le schéma de l'oeil myope et l'oeil hypermétrope sous chacun d'eux.

L'oeil myope est celui dont l'image se projette avant tandis que l'oeil hypermétrope est celui dont l'image se projette après.

3/ Lentilles
(4 mn)

Quel est le type de lentille qui dévie les rayons de telle sorte qu'ils se coupent en un point?

La lentille convergente

Donner sa schématisation.

Une double flèche pointant vers l'extérieur.

Comment s’appelle la distance entre la lentille et le point où convergent les rayons venant de loin après avoir traversé la lentille?

La distance focale

A quoi peut-on utiliser les lentilles?

A voir plus loin (lunette astronomique), à aider les malvoyants,à agrandir une image(miscroscope, loupe)...

Quelle est la lentille dont on peut se servir pour fabriquer un briquet solaire?

La lentille convergente

Quel est le type de lentille qui dévie les rayons de telle sorte qu'ils s'éloignent les uns des autres?

La lentille divergente

Donner sa schématisation.

Une double flèche pointant vers l'extérieur.2

3/ La lentille, à quoi ça sert?Animation
(7 mn)

4/ La distance entre le centre de la lentille et son foyer est appelé distance focale.

Comprendre

La distance entre une lentille et son foyer optique sert à caractériser une lentille, on l'appelle la distance focale. Plus la distance focale est petite, plus la lentille fait converger les rayons. Cette distance s'exprime en mètre(comme les autres distances). Les opticiens on l'habitude de mesurer l'inverse de la distance focale(la vergence) d'une lentille en dioptries.Cette unité est plus facile à apprécier car plus la vergence est grande, plus la lentille dévie fortement les rayons.
L'axe optique est l'axe imaginaire qui passe par le centre de la lentille (ou des lentilles alignées). Cet axe est orienté pour une bonne raison, les distances pourront être exprimée positivement si elles sont dans un sens, négativement si elles sont dans l'autre sens. C'est pour cela qu'on les indique les distances par des distances algébriques (négatives ou positives selon leurs orientations).

Lentille divergente

Les lentilles divergentes ont une distance focale négative, c'est à dire qu'il se trouve avant la lentille et non après

Appliquer

Relation de conjuguaison

La distance focale (notée OF') peut être utilisée pour connaître le placement de l'image grâce au relation de conjugaisons. Celle de Descartes nous donne 1/0A' - 1/0A = 1/OF'

Vergence

La distance focale a un côté trompeur, plus elle est petite plus la lentille est "puissante" (elle dévie fortement les rayons). Les opticiens ont pris l'habitude d'utiliser l'inverse de la distance focale: la vergence (qui se mesure en dioptries). Pour la calculer on fait donc 1/OF' sachant que OF' est la distance focale. C'est cette unité que l'on va retrouver sur une ordonnance de lunette. La vergence d'une lentille convergente sera positive et celle d'une lentille divergente négative.

5/ Une lentille convergente permet d'obtenir une image renversée sur un écran.Cette image ne sera nette que dans certaines positions.

Comprendre

projection image lentille mince

Les projecteurs sont simplement constitués d'une lampe et d'une lentille convergente. On fait la mise au point en réglant la distance entre la lentille et l'objet lumineux.

5/ Exercices

Appliquer

5/ Lentille convergenteAnimation 
(15 mn)

La relation de Descartes est:1/OA' - 1/OA = 1/OF'.

Afficher la grille et régler la distance focale à quatre carreaux.

L'image est-elle réelle ou virtuelle?

L'image se trouve de l'autre côté de la lentille, elle est donc réelle.

Si OA = -30 cm, quel est la distance OA'?

1/OA' - 1/OA = 1/OF'
1/OA' - 1/-30 = 1/20
1/OA' = 1/20 - 1/30 = 3/60 - 2/60 = 1/60
OA'= 60cm

Vérifie la relation de conjugaison.

On mesure les 3 valeurs de 0A', OA et OF et on vérifie que l'égalité est respectée.1/OA' - 1/OA = 1/OF'

Calcule le grandissement

gamma = A'B'/AB = OA'/OA

Comment obtenir une image à l'infini?

On place l'objet au point focal objet F.

Comment obtenir une image virtuelle?

Il faut placer l'objet entre le point focal objet et la lentille.

Schématise un projecteur utilisant une lentille convergente. La distance AF doit-elle être grande ou petite, négative ou positive?

AF doit être positive, sachant que plus elle sera petite, plus le grandissement sera important.

Schématise une loupe utilisant la même lentille.La distance AF doit-elle être grande ou petite, négative ou positive?

AF doit être négative sachant que plus sa valeur sera petite, plus le grandissement sera important.

5/ Lentille,schématisation et projectionAnimation
(5 mn)
5/ Projection d'une bougieAnimation
(5 mn)

6/ Une lentille permet de créer une image réelle ou virtuelle.

7/ La relation de conjugaison permet de calculer la position de l'image .