2-Matériel utilisé : Banc d’optique gradué en mm, objet lumineux (F translucide placé devant une source), lentilles convergentes et divergentes de distances focales inconnues. La méthode de Bessel est une méthode focométrique de détermination expérimentale de la focale d'une lentille convergente. Reconnaître si une lentille est convergente ou divergente. Le but de cette séance de travaux pratiques est de déterminer la valeur de la distance focale f’ d’une lentille convergente par différentes méthodes. On rappelle que la distance focale f’ d’une lentille convergente est la distance algébrique OF'entre le centre optique O de la lentille et son foyer principal image F’. La distance focale d'un système optique est la mesure de sa puissance de convergence (focus) ou divergence (diffusion) de la lumière. I/ Méthode de … On regarde un timbre de 2 cm 2 cm à travers une loupe (formée d’une lentille convergente) qui a une longueur focale de 15 cm 15 cm . Pour déterminer la distance focale d'une lentille, il suffit de déplacer l'ensemble lentille-miroir devant l'objet. Se familiariser avec la précision des mesures et l’incertitude de mesure. Elle est positive pour une lentille convergente. On montre que si l'objet AB est dans le plan focal de la lentille, l'image finale A'B' est dans le même plan que l'objet. La méthode de Badal est une méthode focométrique de détermination expérimentale de la focale d'une lentille divergente. Argumenter votre réponse. TP N°1 Physique Spécialité: Détermination de la distance focale d’une lentille convergente. La distance f = ¯¯¯¯¯¯¯¯OF f = O F ¯ est appelée distance focale objet, c’est une grandeur algébrique. La focométrie rassemble les différentes méthodes de mesure de la distance focale f' = OF' positive (ou de la vergence en dioptries puisque C = 1 /f ' d'une lentille convergente) II Un auto-collimateur pour mesurer précisément les distances focales. on la note f' . 4°) Calculer la distance d entre ces deux positions, et en déduire la formule de Bessel : f' = (D² - d²) / 4D. 15) Etablir une relation entre la distance focale f ’ et la distance objet-écran ̅̅̅̅̅′ dans cette configuration. Elle porte le nom de Friedrich Wilhelm Bessel, qui l'a publié en 1840 . Dans l'exemple ci-dessous, la longueur focale de la lentille convergente est de 12,45 cm 12,45 cm. Une mesure algébrique est une longueur affectée d'un signe, ce qui permet d'en orienter le sens sur un axe donné. L'animation montre une méthode rapide de détermination de la distance focale d'une lentille convergente . Argumenter votre réponse. Dans l'expression de la distance focale d'une lentille mince convergente, la distance OF' est indiquée avec un trait au-dessus de sa notation pour signifier que la mesure est algébrique. La vergence est C = (C est en dioptries symbole , et en m) Mode d'emploi . Détermination de la distance focale d'une lentille convergente La méthode rustique de mesure de la distance focale d'une lentille est celle qui consiste à former l'image d'un objet éloigné et de mesurer directement f' puisque l'objet étant éloigné les rayons qui arrivent parallèlement à la lentille convergent au foyer image de la lentille. - Proposer un protocole et valider une solution ou une mesure Nous avons remarqué que lorsque la distance focale est positive, il s’agit d’une lentille convergente. On étudie dans ce TP quelques méthodes de mesure des distances focales de lentilles ou de miroirs. La distance entre l'objet et la lentille est alors la distance focale de cette lentille. 1 Mesure de la distance focale d’une lentille 1-1 Utilisation d’un viseur Nous allons utiliser dans ce TP une lunette à frontale fixe (description complémentaire en annexe), c'est-à-dire un viseur. Faire la construction correspondante. Mesure de la distance focale (ou de la ve rgence) d’une lentille mince convergente. • D´eterminer par diff´erentes m´ethodes la distance focale image d’une lentille convergente LC (on prendra celle not´ee +5 ) et d’une lentille divergente LD (on prendra celle not´ee −5 ou −3;3 selon les disponibilit´es) Adapter la méthode de mesure à une lentille mince divergente. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Ne doit pas être confondu avec Éléments besseliens . Cette valeur de p est appelée distance focale f de la lentille ("Brennweite"). On remarque que, lorsque la distance D … Elle est négative dans le cas d’une lentille convergente, positive dans le cas d’une lentille divergente. Détermination de la distance focale d’une lentille convergente Les erreurs de mesure s’entendent comme une distance séparant la première abscisse floue de la deuxième abscisse floue, l’abscisse nette se situant entre les deux. TP Cours – FOCOMETRIE & VISEUR´ Objectifs de ce TP : • D´eterminer la nature (convergente CV ou divergente DV) d’une lentille mince. S.11. • Mesurer ainsi la distance focale de la même lentille divergente par la méthode de lʼimage très éloignée et : Pour une lentille mince convergente, quel est le signe de f’ ? Objectifs : Estimer l’ordre de grandeur d’une distance focale Mesurer une longueur sur banc d’optique Mettre en œuvre différentes méthodes de mesures de distance focale. on appelle distance focale image la distance séparant le centre de la lentille au foyer image. Une lentille à bords minces est une lentille convergente. Le point A se trouve maintenant au foyer objet F de la lentille. TP • Opt (2) TP : Focom´etrie des lentilles minces Objectifs : • D´eterminer la nature (convergente CV ou divergente DV) d’une lentille mince. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. lentilles à bord mince le faisceau sort de la lentille 5°) Conclure en proposant un protocole expérimental permettant de mesurer la distance focale d'une lentille convergente (méthode dite de Bessel) 6°) Lors d'une expérience, on a mesuré D = 80,0 cm d = 32,5 cm. Il est alors nécessaire de faire des mesures indirectes,soitàl’aided’unviseur,soitens’aidantd’unelentilleauxiliaire. Service après-vente 10. Lorsque l'image se situe dans le même plan que l'objet (et qu'elle est de la même taille), la distance entre l'objet et la lentille (en fait son centre optique) est égale à la distance focale de la lentille. Lentilles convergentes en classe de Tle Bac Pro. TP : FOCOMÉTRIE DES LENTILLES MINCES. TP N°1 Physique Spécialité: Détermination de la distance focale d’une lentille convergente. réel par une lentille divergente étant toujours virtuelle, il est impossible de déterminer directement la distance focale par projection de l’image sur un écran. Celle-ci s’applique uniquement aux lentilles convergentes et au miroir convergent (aux distances focales positives). mettrez en place plusieurs méthodes permettant de mesurer la distance focale d’une lentille. [ 1] qui est un système centré dioptrique possède deux plans focaux perpendiculaires à l' axe principal. 1° Observons le comportement des rayons lumineux avec 2 lentilles de même distance focale f’ 1 = f’ 2. II.10 – Nature d'une lentille Lentille CONVERGENTE Lentille DIVERGENTE le faisceau sort de la lentille plus convergent (ou moins divergent) qu'à l'entrée. (Si on réduit p davantage le faisceau sortant devient un faisceau divergent.) On l'indique d'un trait placé au-dessus de la longueur en question. Mesure à l'aide d’une image ou d’un objet très éloigné ☞ remarque : afin de pouvoir récapituler les résultats en fin de TP, il faut étudier le même miroir (de focale ≈ 200 à 300 mm) pour lʼensemble des expériences. Foyer image d'une lentille convergente (à gauche) et d'une lentille divergente (à droite). Portes lentilles et miroir. II Un auto-collimateur pour mesurer précisément les distances focales. Notions et contenus : - Lentilles minces convergentes : images réelle et virtuelle. Réalisation d’un faisceau parallèle : éclairage d’un objet étendu par un faisceau parallèle (source ponctuelle au foyer d’une lentille convergente), en vue d’une projection par exemple. Le choix de cette distance est important. C'est l'inverse de la distance focale exprimée en mètres, elle s'exprime en dioptries. Puissance intrinseque (ou vergence) d'une lentille. La distance focale f est la mesure algébrique (positive). 16) En déduire la distance focale de la lentille. 2.1.1 TP : Mesure de la distance focale d’une lentille convergente On pourra utiliser deux méthodes parmi d’autres ; méthode par auto-collimation (cette méthode pourra être utilisée dans un exercice de protocole expérimental, …) méthode de Bessel (cette méthode, un peu plus élaborée, demandera quelques calculs) But du TP. 4 méthodes sont proposées : - Méthode de la mesure à l’infini (TP n°1) - Méthode d'auto collimation (TP n°2) - Méthode de Silbermann (TP n°3) - Méthode de Bessel (TP n°4) BCPST 1 TP de physique Lycée Prévert 2020 - 2021 TP physique n°3 : Focométrie des lentilles minces. On place l’objet à une distance d de la lentille (L). TP de physique Banc d’optique Réf : 202 917 FRANÇAIS 1 1. Focométrie : mesure de la distance focale d’une lentille convergente. Une lentille mince convergente offre la possibilité de former l’image d’un objet sur un écran. Il est alors nécessaire de faire des mesures indirectes,soitàl’aided’unviseur,soitens’aidantd’unelentilleauxiliaire. Il en existe un grand nombre plus ou moins précises, nous allons étudier une d’entre elles dans ce TP. Au contraire une distance focale négative correspond à une lentille divergente. [ 2] aux foyers objet F et image F'. Comment déterminer expérimentalement la distance focale de la lentille du compte-fils et le grandissement de l’image d’un timbre ? La mesure algébrique du centre optique O au foyer principal image F’ est appelée distance focale image et notée f’ : OF ' = f’ (en m). est de déterminer la distance focale de la lentille par la méthode de Bessel et de pouvoir vérifier sa vergence. Détermination approximative de la distance focale d'une lentille convergente Cette première méthode est simple à exécuter : si on obtient sur un écran une image nette d'un objet lumineux très éloigné (dont les rayons proviennent de l'infini ) comme le Soleil par exemple, alors la distance mesurée entre la lentille et l'écran, sera la distance focale f ' = OA' de cette lentille convergente. Le schéma ci-dessous représente, à l'échelle réelle, unobjet lumineux AB, son image virtuelle A'B' donnée La distance entre l’objet pointé (ou plan de visée) et l’objectif du viseur D est fixe. But du TP: Étudier différentes méthodes de mesure de la distance focale de lentilles minces conver-gentes ou divergentes. II.2. 1 Mesure de la distance focale d’une lentille 1-1 Utilisation d’un viseur Nous allons utiliser dans ce TP une lunette à frontale fixe (description complémentaire en annexe), c'est-à-dire un viseur. Déterminer avec précision la distance focale f ' de la lentille … Matériel mis à votre disposition. L'animation permet d'estimer rapidement la nature d'une lentille sphérique mince. La mesure de la distance focale d’une lentille est la première mesure permettant de caractériser une lentille. La lentille mince. [ 2] aux foyers objet F et image F'. Le principe de la méthode est décrit dans l'animation. Cas non symétrique : Dessiner au dos de feuille le cas d’une lentille plan convexe. Comment déterminer expérimentalement la distance focale de la lentille du compte-fils et le grandissement de l’image d’un timbre ? Banc optique gradué, écran et porte écran, source lumineuse et objet. Parmi les méthodes possibles, celle de l’objet à distance finie est une méthode classique, qui s’appuie sur l’utilisation de la formule de conjugaison. 2.1. Mesure de la distance focale d’une lentille convergente. La distance entre l’objet pointé (ou plan de visée) et l’objectif du viseur D est fixe. lentille). Mode d'emploi . Placez cet objet à 30 cm de la lentille environ. Mesure d’une distance focale d’une lentille mince convergente par auto collimation 1 Principe de la mesure : On place sur un banc d'optique successivement un objet AB, la lentille mince convergente étudiée, un miroir plan. omment mesurer la distance focale f’ d’une lentille convergente? la distance focale (distance focale image) est positive . Comprendre le principe de formation d’une image. La vergence est une grandeur qui se note avec la lettre C et qui correspond à l'inverse de la distance focale. On dispose d’un jeu de trois lentilles inconnues (que l’on notera L i). Une lentille est très convergente si la distance focale est courte et la vergence élevée . Compétences spécifiques à cette activité : Modéliser le comportement d’une lentille mince convergente par une série de mesures… 3/7 2nde Bac. Déterminer la distance focale d’une lentille convergente à l’aide de deux méthodes. Une autre méthode pour mesurer les distances focales de lentilles convergentes est la méthode de Bessel : on place l’objet lumineux A et un écran à une distance D fixée l'un de l'autre. 17) Parmi les trois méthodes testées, quelle est la plus précise dans la mesure de la distance focale ? Calculer f'. Objectifs : ¾. Procéder à la construction géométrique d'un objet AB au travers d'une lentille convergente . b) Former une image avec le doublet, mesurer p = OAet p’ = OA'et en déduire une estimation de f0’ (A’ est l’image de A à travers le doublet). Il suffit ensuite de mesurer la distance entre le centre de la lentille et le foyer, ce qui représente la longueur focale de la lentille. Tout rayon lumineux passant par le centre optique O n’est pas dévié, et tous les rayons parallèles à l’axe optique convergent en un point F’ appelé foyer image de la lentille. ( Lettre F ou flèche vers le bas ). réel par une lentille divergente étant toujours virtuelle, il est impossible de déterminer directement la distance focale par projection de l’image sur un écran. 2.1.1 TP : Mesure de la distance focale d¶une lentille convergente 1 2.1.2 TP : Dispersion de la lumière par un prisme 3 2.1.3 Vérification des formules de conjugaison et de grandissement 4 2.1.4 TP : Modélisation d'un œil avec un banc optique 6 3. Une lentille mince L 1, de ent e opti ue O, donne d’un o jet A haut de 2,0cm et situé à 12,0cm en avant de la lentille image réelle A 1 B 1 située 6,0 m ap ès la lentille. 1) S’agit-il d’une lentille convergente ou une lentille divergente ? Etablir les formules de conjugaison et du grandissement. En déduire un ordre de grandeur des distances focales images des lentilles divergentes disponibles. Un système avec une longueur de focale plus courte a plus de puissance optique qu'un autre avec une longue focale. distance focale image. Objectifs: Localiser expérimentalement une image. Principe de la mesure par la méthode de Bessel : L(1) -Lors de la modélisation de la situation n°1, le cristallin de l’œil et l’objectif de l’appareil seront modélisés par une lentille mince convergente de distance focale … C’est ce que l’on appelle de la focométrie. Foyer image d'une lentille convergente (à gauche) et d'une lentille divergente (à droite). La distance f = ¯¯¯¯¯¯¯¯OF f = O F ¯ est appelée distance focale objet, c’est une grandeur algébrique. Elle est négative dans le cas d’une lentille convergente, positive dans le cas d’une lentille divergente. Préliminaire: détermination de la distance focale d'une lentille convergente : TP 14 : LENTILLE CONVERGENTE : IMAGE DONNEE, MESURE DE LA DISTANCE FOCALE. [ 1] qui est un système centré dioptrique possède deux plans focaux perpendiculaires à l' axe principal. Le cours sur les lentilles convergentes est réservé aux élèves des classes de 3ème et a pour objectifs: Distinguer une lentille convergente d’une lentille divergente (forme et symbole) Définir les termes suivants : axe optique ; centre optique ; foyer objet ;foyer image ; distance focale. COMPREHENSION ET ANALYSE DE LA SITUATION Vous disposez d’une lentille identique à celle du compte-fils. Pour ce faire, il faut marquer le centre de la lentille sur la feuille. La vergence d'une lentille convergente La vergence permet de mesure le grossissement d'un objectif. - Déplacer la lentille jusqu’à obtenir l’image de la lampe la plus nette possible. parallèles à l'axe optique de la lentille. 1. Le choix de cette distance est important. Une lentille convergente de distance focale f’ inconnue Une règle graduée Proposer puis mettre en œuvre un protocole expérimental permettant d’estimer la valeur de la dis-tance focale f’ de la lentille convergente et l’incertitude-type u(f’) associée à cette mesure. Méthode de Badal. FOCOMÉTRIE. Le but est de déterminer la distance focale de (L). Savoir faire des relevés longitudinaux avec un viseur; savoir régler sur l'infini un collimateur. COMPREHENSION ET ANALYSE DE LA SITUATION Vous disposez d’une lentille identique à celle du compte-fils. La méthode de Bessel pour déterminer la distance focale f ' consiste donc à s'imposer une distance D entre un objet A et un écran E et à rechercher les deux positions de la lentille L qui donnent une image nette de A sur l'écran E. En mesurant les distances D et d on calcule la valeur de la distance focale … TP Physique 9 – Mesure de la distance focale d’une lentille convergente Le but de cette séance de travaux pratiques est de déterminer la valeur de la distance focale f’ d’une lentille convergente par différentes méthodes. Par la méthode d'autocollimation (pour les lentilles convergentes seulement) : après avoir accolé un miroir plan à une lentille, il suffit de rechercher la position de la lentille pour laquelle objet et image se superposent parfaitement. Lentille Convergente Axe optique O F’ f’ f’ : distance focale en mètre (m). c'est une quantité algébrique, c'estàdire qu'on la compte positivement dans le sens de propagation de la lumière. Si D est supérieur à la distance minimum DMIN=4 f ', il existe alors deux positions O1 et O2 du centre optique de la lentille étudiée qui permettent d'obtenir sur l'écran une image nette A’. TP no 2: Lentilles minces et focométrie OPT 201B Année 2011-2012 Licence 2 SPI TP 2 : Lentilles minces et focométrie — Corrections Expérience 1 : Identification rapide de la nature d'une lentille (méthode des lunetiers) I) Identifier par cette méthode les 4 lentilles qui vous sont fournies. Miroir plan. Mesures des distances focales f’ : - positionner la lentille L 1 à la verticale de la paillasse et de la lampe située au plafond. Le principe de la méthode est décrit dans l'animation. 4. • Pour connaître rapidement lʼordre de grandeur de la distance Mesurer la distance focale image d'une lentille mince convergente par la méthode de Bessel ou de Silbermann. S’initier à l’utilisation du matériel optique. 1) S’agit-il d’une lentille convergente ou une lentille divergente ? L'unité de la vergence est quant à elle la dioptrie dont le symbole est la lettre grecque delta δ. Manipulation 1 : Détermination de la distance focale d’une lentille convergente - Méthode d’autocollimation : La méthode d’autocollimation est une des méthodes les plus directes pour déterminer la distance focale. Méthode de l’autocollimation permettant de déterminer la distance focale d’une lentille : Utilisez un objet bien lumineux. • D´eterminer par diff´erentes m´ethodes la distance focale image d’une lentille convergente LC (on prendra celle not´ee +5δ) et d’une lentille divergente LD (on prendra celle not´ee −2δ ou −3,3δ TP 8 : Focométrie des lentilles Objectifs : Savoir déterminer simplement et précisément la distance focale d’une lentille convergente ou divergente . Cette première méthode est simple à exécuter : si on obtient sur un écran une image nette d'un objet lumineux très éloigné (dont les rayons proviennent de l'infini) comme le Soleil par exemple, alors la distance mesurée entre la lentille et l'écran, sera la distance focale f ' = OA' de cette lentille convergente. De plus, il est assez facile de différencier les 2 types de lentilles. • D´eterminer par diff´erentes m´ethodes la distance focale image d’une lentille convergente LC (on prendra celle not´ee +5δ) et d’une lentille divergente LD (on prendra celle not´ee −2δ ou −3,3δ 1) Evaluation rapide et approximative de la distance focale (15 min max) 1 Construire l’image donnée par la lentille L. cas No=1-En déduire la distance focale de la lentille L.2 Compléter le tableau 3 Soit \(x = \frac{1}{{\overline {OA} }}\) et \(y = \frac{1}{{\overline {OA'} }}\) tracer la droite \(y = x\) En déduire la vergence; puis la distance focale de L. 4. TP • Opt (2) TP : Focom´etrie des lentilles minces Objectifs : • D´eterminer la nature (convergente CV ou divergente DV) d’une lentille mince. LENTILLE MINCE DIVERGENTE - TP Mesure rapide d’une distance focale 1 Association de lentilles minces accolées • On peut montrer que l’association de deux lentilles minces accolées, de vergences respectives v et v’, se comporte comme une lentille mince de vergence v+v’ (algébriquement, s’il y a des vergences négatives). (1h15) Les méthodes de focométrie servent à mesurer la distance focale image d’une lentille. Le rôle d'une lentille convergente est de faire , les faire se diriger vers un même . 2e B et C 3 Lentilles convergentes 5 3.4. Lentille convergente … Déterminer la distance focale de la lentille, ainsi que sa vergence C 1. 5°) Conclure en proposant un protocole expérimental permettant de mesurer la distance focale d'une lentille convergente (méthode dite de Bessel) 6°) Lors d'une expérience, on a mesuré D = 80,0 cm d = 32,5 cm. A est pependi ulai e à l’axe principal de la lentille et A est situé sur cet axe. TP n°1 : Focométrie La focométrie est l’ensemble des méthodes de détermination expérimentale des éléments d’un système optique centré dans l’approximation de Gauss, c'est-à-dire dans le cas des lentilles minces, des rayons peu inclinés par rapport à l’axe optique et faisant des angles petits par rapport aux normales des surfaces des lentilles. La lentille mince. Expériences préliminaires non réalisées sur demande e l’enseignant responsable du TP II.2. L'animation montre une méthode rapide de détermination de la distance focale d'une lentille convergente . MESURE DES DISTANCES FOCALES (focométrie) 1-Objectif : Mesurer la distance focale d’une lentille convergente ou divergente par différentes méthodes. 2-Matériel utilisé : Banc d’optique gradué en mm, objet lumineux (F translucide placé devant une source), lentilles convergentes et divergentes de distances focales inconnues. Miroir plan. - Relation de conjugaison ; grandissement. LENTILLE MINCE DIVERGENTE - TP Mesure rapide d’une distance focale 1 Association de lentilles minces accolées • On peut montrer que l’association de deux lentilles minces accolées, de vergences respectives v et v’, se comporte comme une lentille mince de vergence v+v’ (algébriquement, s’il y a des vergences négatives). a) Méthode de l’objet à l’infini. Distance focale d'une lentille: C'est la mesure algébrique de OF' où O est le centre optique et F' le foyer principal image.