Un projecteur de diapositives, un appareil photo, l’œil : tous forment une image nette sur un écran. Dans ce TP sur la lumière et les lentilles, tu vas trouver à quelle distance placer l’écran pour obtenir une image nette, puis estimer la distance focale d’une lentille convergente.
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Objectif du TP sur la lumière et les lentilles
Former l’image d’un objet lumineux sur un écran avec une lentille convergente, relever les distances objet-lentille et lentille-écran, et en déduire la distance focale.
Matériel
- Une lentille convergente de distance focale voisine de 10 cm
- Une lampe de poche ou de téléphone, avec un papier opaque percé d’un trou en forme de lettre F collé sur le verre
- Un écran : feuille de papier blanc collée sur un carton
- Une règle graduée de 50 cm ou plus
- De la pâte à modeler pour tenir la lentille, l’écran et la lampe
- Une pièce que l’on peut assombrir
Sécurité
Ne regarde jamais le Soleil, même à travers une lentille, et ne concentre jamais la lumière du Soleil sur un objet : le point lumineux brûle la peau et le papier. Ne regarde pas directement la lampe de près, et manipule la lentille par les bords pour ne pas la rayer.
Protocole
- Fixe la lampe à l’une des extrémités de la règle et la lentille à 30 cm de la lampe. Assombris la pièce.
- Place l’écran derrière la lentille et allume la lampe. Vérifie que lampe, centre de la lentille et centre de l’écran sont à la même hauteur.
- Déplace lentement l’écran jusqu’à obtenir une image nette de la lettre F. Mesure la distance OA’ entre la lentille et l’écran.
- Note la distance OA entre la lampe et la lentille et décris l’image : renversée ou droite, plus grande ou plus petite que l’objet.
- Recommence avec OA = 40 cm, 20 cm et 15 cm en déplaçant la lentille, puis l’écran pour retrouver la netteté.
- Place la lentille à 8 cm de la lampe et cherche une image sur l’écran. Regarde ensuite dans la lentille : que vois-tu ?
- Estimation de f : éloigne la lampe le plus possible (au moins 2 m) et cherche l’image nette de la fenêtre ou d’une lampe lointaine sur l’écran. Mesure OA’ : elle vaut presque f.
Mesures à relever
| OA (cm) | OA’ (cm) | Image : sens | Image : taille par rapport à l’objet |
|---|---|---|---|
| 40 | … | … | … |
| 30 | … | … | … |
| 20 | … | … | … |
| 15 | … | … | … |
| 8 | … | … | … |
| objet très éloigné | … (≈ f) | … | … |
Questions
- Décris le sens de l’image de la lettre F sur l’écran par rapport à l’objet.
- Quand on rapproche la lampe de la lentille, comment faut-il déplacer l’écran pour retrouver la netteté ?
- Dans quelle mesure OA l’image est-elle plus grande que l’objet ? Plus petite ?
- Pour quelle valeur de OA a-t-on OA’ = OA ? Que vaut alors la distance focale ?
- Quelle est la valeur de f obtenue avec l’objet très éloigné ? Compare avec la question précédente.
- Pourquoi n’obtient-on pas d’image sur l’écran pour OA = 8 cm ?
- Pourquoi vaut-il mieux faire cette expérience dans une pièce sombre ? Pourquoi l’estimation de f est-elle un peu approximative ?
Pour aller plus loin
- Place un cache à moitié devant la lentille : l’image est-elle encore complète ? Que change-t-il ?
- Compare une lentille à plus courte distance focale : où se forme l’image pour le même OA ?
