Optique 2 les lentilles Travaux pratiques de Physique

Optique 2 : les lentilles Travaux pratiques de Physique Introduction à la manipulation Service de Physique Biomédicale Université de Mons

Au programme… I. Rappels théoriques • Lentilles convergentes et divergentes • Formule de Descartes pour les lentilles • Association de lentilles • Le microscope II. Description de la manipulation • Mesure de la distance focale • Vérification de la loi d’association de lentilles • Mesure de l’indice de réfraction d’une lame de verre • Mesure de la largeur d’un objet par méthodes optiques • Quelques instructions III. Conclusion Université de Mons

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Différents types de lentilles Lentille = dispositif optique permettant de faire converger ou diverger des rayons lumineux. On les considère infiniment minces. Au moins une de leurs surfaces est non-rectiligne. Convergente Divergente Fo Fi Fi Fo

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Formule de Descartes Les distances entre l’objet et la lentille (p) et entre la lentille et l’image (q) sont liées par : Attention aux signes : • p > 0 si l’objet est à gauche de la lentille (on dit alors qu’il est réel) et p < 0 si l’objet est à droite de la lentille (on dit alors qu’il est virtuel). • q > 0 si l’image est à droite de la lentille (on dit alors qu’elle est réelle) et q < 0 si l’image est à gauche de la lentille (on dit alors qu’elle est virtuelle).

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Formule de Descartes • • Attention aux signes : p > 0 si l’objet est à gauche de la lentille (on dit alors qu’il est réel) et p < 0 si l’objet est à droite de la lentille (on dit alors qu’il est virtuel). q > 0 si l’image est à droite de la lentille (on dit alors qu’elle est réelle) et q < 0 si l’image est à gauche de la lentille (on dit alors qu’elle est virtuelle). (p > 0) (p < 0) (q > 0)

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Association de lentilles Un système de plusieurs lentilles se comporte comme une seule lentille, dont on peut déterminer les distances focales f 1 fi t Pi Par définition, Pi est le foyer-image du système, et la distance entre la deuxième lentille et ce point est la distance focale (image) du système. Loi de Descartes :

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Myopie Un œil myope est un œil trop long • Le cristallin focalise l’image devant (et non pas sur) la rétine. • L’image perçue (celle sur la rétine) est floue. Pour corriger le défaut, on ajoute au cristallin une lentille divergente (verre de lunette ou lentille de contact).

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Hypermétropie Un œil hypermétrope est un œil trop court • Le cristallin focalise l’image derrière (et non pas sur) la rétine. • L’image perçue (celle sur la rétine) est floue. Pour corriger le défaut, on ajoute au cristallin une lentille convergente (verre de lunette ou lentille de contact).

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Le microscope • Grandissement total : • Résolution : on distingue deux points séparés de où A = n sin(θ) est l’ouverture numérique du microscope.

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Former un faisceau parallèle • • Une lentille divergente (- 8 mm) contre la sortie du laser Une lentille convergente (+ 167 mm) à une dizaine de cm d’elle. ATTENTION : vérifier que le faisceau est bien parallèle…

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Mesure de f – lentille convergente • Utiliser le faisceau parallèle élargi • Placer une lentille convergente dans le faisceau et mesurer la distance de la focale Fo Fi

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Mesure de f – lentille divergente • Utiliser le faisceau parallèle élargi. • Mesurer à diverses distances de la lentille le diamètre de la tache qui se forme à l’écran. • Réaliser un graphe « diamètre en fonction de la distance » et extrapoler pour mesurer l’intersection avec l’axe des abscisses. Fi Fo

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Association de lentilles • Utiliser le faisceau parallèle élargi • Choisir une distance de séparation des deux lentilles (t) et les placer. Attention, l’une converge et l’autre diverge ! • Déterminer la distance focale de l’image résultante • Vérifier la relation

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Le microscope – mesure du n du verre • Mesurer l’épaisseur apparente ha d’une lame de verre (marquée avec un trait sur chaque face). • Mesurer son épaisseur réelle h (compas Palmer). • Démontrer que n = h/ha si i et r sont petits. • Calculer n et son erreur.

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Le microscope – largeur d’un objet • On dispose d’un oculaire muni d’un micromètre. • Calibration : à combien de graduations (y) du micromètre objet correspondent 10 graduations du micromètre oculaire ? • Une petite graduation du micromètre objet vaut 10 µm. • Par règle de 3, on trouve donc qu’une division du micromètre oculaire correspond à • Mesurer l’épaisseur d’un fil de cuivre à l’aide du micromètre oculaire pour les deux objectifs.

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Calibration du micromètre oculaire y = 15 x = 10 Þ Ici, une petite graduation du micromètre oculaire vaut: 15 X 10 µm / 10 = 15 µm

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Résumé de la manipulation 1. Mesure de la distance focale • d’une lentille convergente ; • d’une lentille divergente. 2. Mesure de la distance focale d’une association de deux lentilles et vérification de la loi d’association. 3. Calcul de l’indice de réfraction d’une lame de verre à partir de la mesure au microscope de son épaisseur apparente. 4. Mesure au microscope de l’épaisseur d’un fil de cuivre.

Rappels théoriques | Description de la manipulation | Consignes pratiques Précautions d’emploi Ne pas regarder dans le rayon laser Ne pas laisser tomber les lentilles Ne pas éteindre le laser. Utiliser l’obstructeur…