I.Pourquoi les objets sont-ils visibles ?

A.Questionnement.

A quelle condition Arthur peut-il lire son journal ?

Arthur ne peut lire son journal que si le lampadaire est allumé. Ceci devient impossible en l’absence de toute lumière.

Si le lampadaire est allumé, pourquoi Arthur et Brigitte peuvent-ils lire le journal ?

La lumière reçue par le journal est renvoyée dans toutes les directions, en particulier vers Arthur et Brigitte.

Pourquoi Arthur ne voit-il pas le lampadaire ni le pot de fleurs posé sur la table ?

Arthur ne voit ni le lampadaire ni le pot de fleurs car la lumière provenant de ces deux objets ne pénètre pas dans ses yeux.

Quel est le chemin suivi par la lumière entre le lampadaire et le journal, puis entre le journal et l’œil d’Arthur ?

La ligne droite. Expérience du laser + craie, expériences de la vie quotidienne.

B.A retenir.

Pour être visible :

• Un objet doit être une source de lumière. On en distingue deux types :

• Les sources primaires produisent de la lumière. Ex : Soleil, étoiles, lampes, laser, bougies,……

• Les sources secondaires sont des objets qui renvoient la lumière provenant d’une autre source. Ex : Planètes, tous les objets visibles,……

• Un objet doit produire ou diffuser de la lumière vers l’œil de l’observateur.

• Dans un milieu transparent et homogène, la lumière se propage en ligne droite. Un objet est donc vu si la lumière provenant de celui-ci ne rencontre aucun obstacle entre lui et l’œil de l’observateur.

II.Les lentilles.

A.Qu’est-ce qu’une lentille ?

Une lentille est un milieu transparent de verre ou de plastique que l’on trouve dans les principaux instruments d’optique (lunettes, lentilles de contact, loupe, jumelles, microscope, objectif photographique, …)

B.Comment différencier les lentilles entre elles ?

1)Au toucher.

Expérience :

Prendre diverses lentilles entre ses doigts et essayer de les classer en comparant, pour chaque lentille, les épaisseurs au centre et au bord.

Observations :

On trouve des lentilles épaisses au centre mais à bord fin et des lentilles fines au centre mais à bord épais.

Conclusion :

Il existe deux types de lentilles :

• des lentilles à bord mince symbolisées par

• des lentilles à bord épais symbolisées par 

2)Par déviation d’un faisceau lumineux.

Les expériences de cette partie sont réalisées, sur un tableau magnétique blanc, à l’aide d’une source lumineuse pouvant délivrer un faisceau de rayons lumineux parallèles et de lentilles.

Expérience :

Faire arriver un faisceau de rayons lumineux parallèles sur une lentille de chaque type. Observer les rayons qui émergent de ces lentilles.

Observations :

En traversant la lentille, les rayons lumineux se F’

rapprochent les uns des autres.

Plus la lentille est bombée, plus le point F’ est

proche de celle-ci.

Une lentille à bord mince diminue la largeur du faisceau de lumière, elle est dite convergente. Plus une lentille est bombée plus elle est convergente.

En traversant la lentille, les rayons lumineux s’éloignent

les uns des autres.

Une lentille à bord épais augmente la largeur du faisceau de lumière, elle est dite divergente.

2)Par observation d’un texte.

Expérience :

Observer un texte posé sur la table au travers d’une lentille convergente puis au travers d’une lentille divergente.

Observations :

Au travers de la lentille convergente le texte apparaît plus grand alors qu’ au travers de la lentille divergente il apparaît plus petit.

Conclusion :

Une lentille convergente permet de grossir des objets (effet de loupe).

Une lentille divergente permet de réduire la taille des objets.

Remarque : Nous nous limiterons dorénavant à l’étude des lentilles convergentes.

III.Etude des lentilles convergentes.

A.Comment se représente une lentille convergente ?

Une lentille convergente se représente par son symbole, son centre optique O et son axe optique :

On y ajoute son foyer principal image F’ :

B.Foyer principal image et distance focale.

Expérience (professeur) :

Faire arriver un faisceau de rayons lumineux parallèles à l’axe optique sur une lentille convergente L. Observer les rayons qui émergent de la lentille. Mesurer la distance OF’.

Observations :

Le faisceau lumineux converge en un point F’. Le rayon lumineux passant par le centre optique O n’est jamais dévié. La distance OF’ est constante.

Conclusion :

• Un faisceau de rayons lumineux parallèles à l’axe optique converge en un point F’ appelé foyer image.

• La distance OF’ = f est appelée distance focale.

• Un rayon lumineux passant par le centre optique n’est jamais dévié.

C.Comment se mesure la distance focale d’une lentille convergente ?

Expérience :

On utilisera comme source lumineuse le plafonnier de la salle de cours, une lentille convergente +8 et comme écran une table placée exactement sous le plafonnier.

Faire remarquer aux élèves que les rayons lumineux provenant des plafonniers peuvent être considérés comme parallèles.

Placer la lentille perpendiculairement à la direction de ces rayons lumineux. Déplacer la lentille par rapport à la table. Observer la tache lumineuse recueillie sur la table.

Lorsque l’image est nette, mesurer à l’aide d’une règle la distance table-lentille.

Observations :

Il existe une seule position table-lentille pour laquelle l’image du plafonnier formée par la lentille est nette :

d  12 ou 13 cm.

Conclusion :

Lorsque l’image d’un objet éloigné, formée par une lentille convergente sur un écran, est nette, alors la distance lentille-écran correspond à la distance focale f de la lentille.

D.Comment les opticiens classent-ils leurs lentilles ?

Les opticiens n’utilisent pas la distance focale mais utilisent plus volontiers la vergence C.

On cherche la relation entre vergence et distance focale :

La lentille utilisée pour les expériences précédentes est marquée +8 et sa distance focale est de 12,5 cm soit 0,125 m.

On remarque aisément que : d’où la définition de la vergence :

Pour une lentille convergente :

C : vergence en m^-1 ou en dioptrie ()

f’ distance focale en mètre (m).

IV.Comment construire l’image d’un objet par une lentille convergente ?

A .Expérience.

On utilisera un banc d’optique, ses accessoires et une lentille convergente +8.

Placer l’objet lumineux en un point A à la distance OA de la lentille. Déplacer l’écran de façon à avoir une image nette et compléter le tableau suivant :

Conclusion :

Lorsque l’objet est situé entre l’infini et la distance focale f’ de la lentille, on obtient toujours une image réelle mais renversée, plus grande ou plus petite que l’objet (suivant la position OA).

Par contre, pour des distances objet-lentille faibles, et plus précisément lorsque l’objet se situe à une distance inférieure à la distance focale, on obtient une image virtuelle.

B.Comment prévoir la position de l’image ?

En utilisant des rayons lumineux adaptés, construire l’image de l’objet AB pour les distances OA = 18cm, 25cm et 5cm sur 3 schémas différents.

On utilisera l’échelle 1/10 pour les distances et l’échelle 1/1 pour les hauteurs.

Vérifier qu’il y a bien correspondance entre les mesures effectuées et la construction pour chaque image. On utilisera 2 rayons particuliers.

Objectifs du chapitre :

• Un objet ne peut être vu que s’il émet de la lumière et que celle-ci pénètre dans l’œil. Le cerveau interprète la lumière comme se propageant en ligne droite.

• Les milieux transparents permettent la propagation de la lumière.

• Une lentille modifie le trajet de la lumière.

• Point-objet, point-image ; image d’un objet étendu.

• Tout rayon optique issu d’un point-objet émerge de la lentille en passant par le point-image correspondant.

• Eléments caractéristiques d’une lentille mince : centre optique, axe optique, foyer.

• Construction géométrique de l’image, d’un petit objet-plan par une lentille convergente.