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06. Lentilles Physique passerelle Page 1 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.
� � � �
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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 :
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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
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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
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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
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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 :
′
� �′
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8. Exercices
Exercice 1
a)
b)
c)
d)
Exercice 2
Exercice 3
Exercice 4
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Exercice 5
Exercice 6
Exercice 7
Exercice 8
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Exercice 9
Exercice 10
a)
b)
c)
d)
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Exercice 11
Exercice 12
Exercice 13
Exercice 14
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Exercice 15
Exercice 16
Exercice 17 (examen d’été 2014)
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Exercice 18 (examen d’été 2012)
Exercice 19
Un objet lumineux AB est situé à 250 mm du centre optique d’une lentille convergente de focale +150 mm.
a) A quelle distance du centre optique se trouve l’image A’B’ ? Rép. : 375 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.
a) A quelle distance du centre optique se trouve l’image A’B’ ? Rép. : 60 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)
Exercice 25 (examen d’été 2010)