Sur l’étiquette d’une lentille de laboratoire, la focale est parfois effacée. Comment la retrouver avec un banc d’optique ? Dans ce TP sur les lentilles minces, tu vas former l’image nette d’un objet lumineux sur un écran, mesurer les distances et exploiter la relation de conjugaison.
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Objectif du TP sur les lentilles minces
Déterminer la distance focale d’une lentille mince convergente par la relation de conjugaison, vérifier le grandissement et tracer 1/OA’ en fonction de 1/|OA|.
Matériel
- Banc d’optique gradué en centimètres avec cavaliers
- Source lumineuse (lampe avec condenseur) et objet (diaphragme en forme de lettre F, hauteur 2,0 cm)
- Lentille mince convergente de focale proche de 10 cm
- Écran blanc
- Règle graduée ou double décimètre
- Papier millimétré ou tableur
Sécurité
La lampe chauffe : ne la touche pas avant refroidissement. Ne dirige jamais la lentille vers le Soleil et ne regarde pas directement le faisceau de la lampe : une lentille concentre la lumière et peut brûler la peau, le papier ou la rétine. Manipule la lentille par ses bords, sans toucher les faces.
Protocole
- Aligner la source, l’objet, la lentille et l’écran sur le banc, au même niveau, et noter la position de chaque cavalier.
- Placer l’objet à |OA| = 40,0 cm de la lentille.
- Déplacer l’écran jusqu’à obtenir une image la plus nette possible ; encadrer la position de netteté en cherchant les deux positions où l’image devient floue, et prendre le milieu.
- Relever OA’ (distance lentille-écran) et mesurer à la règle la hauteur A’B’ de l’image.
- Refaire pour |OA| = 30,0 ; 25,0 ; 20,0 et 15,0 cm.
- Calculer 1/|OA|, 1/OA’ et le grandissement expérimental.
- Tracer 1/OA’ en fonction de 1/|OA| sur le repère ci-dessous ou avec un tableur.
Mesures à relever
| |OA| (cm) | OA’ (cm) | A’B’ (cm) | 1/|OA| (cm−1) | 1/OA’ (cm−1) | γ = A’B’ ÷ AB |
|---|---|---|---|---|---|
| 40,0 | |||||
| 30,0 | |||||
| 25,0 | |||||
| 20,0 | |||||
| 15,0 |
Questions
1. Écris la relation de conjugaison avec OA = −|OA| et montre que 1/OA’ = 1/f’ − 1/|OA|.
2. Pour chaque mesure, calcule f’ par la relation de conjugaison. Donne la valeur moyenne et l’écart entre les valeurs.
3. Trace 1/OA’ en fonction de 1/|OA|. Quelle est la nature de la courbe ? Justifie par la relation de la question 1.
4. Détermine graphiquement l’ordonnée à l’origine et déduis-en f’ et la vergence.
5. Compare le grandissement mesuré (A’B’ ÷ AB, au signe près) avec OA’ ÷ |OA|.
6. Pourquoi la position de l’écran correspondant à la netteté est-elle difficile à mesurer précisément ? Cite deux améliorations du protocole.
7. Que se passe-t-il si l’on place l’objet à moins de f’ de la lentille ? Vérifie-le expérimentalement.
8. Pourquoi mesure-t-on les distances jusqu’au centre de la lentille et non jusqu’au bord du cavalier ?
Pour aller plus loin
- Détermine la focale de la lentille par la méthode de Silbermann (objet-écran D = 4f’) et compare.
- Place une seconde lentille accolée à la première : la vergence du système est la somme des vergences. Vérifie-le.
