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ISBN : 9782047342251
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@FTDEVOIRS> STDI Pdf Gris
PARtiE 1 séQuence
Manuel unique, p. 16
( Manuel de physique, p. 14) 1Vision et image
Le programme
notions et contenus Compétences attendues
oBSErvEr – Couleur, vision et image
– L’œil, modèle de l’œil réduit.
– Décrire le modèle de l’œil réduit et le mettre en cor– Lentilles  minces  convergentes :  images  réelle  et  vir- respondance avec l’œil réel.
tuelle. – Déterminer graphiquement la position, la grandeur et 
– Distance focale ; vergence.
le sens de l’image d’un objet-plan donnée par une len– Relation de conjugaison, grandissement. tille convergente.
– Accommodation.
– Modéliser le comportement d’une lentille mince conver– Fonctionnements comparés de l’œil et d’un appareil  gente à partir d’une série de mesures.
photographique.
– Utiliser les relations de conjugaison et de grandissement d’une lentille mince convergente.
– Modéliser l’accommodation du cristallin.
– Pratiquer une démarche expérimentale pour comparer 
les  fonctionnements  optiques  de  l’œil  et  de  l’appareil 
photo graphique.
Les compétences à acquérir dans la séquence
1. Décrire le modèle de l’œil.
2. Construire l’image d’un objet.
3. Utiliser les relations de conjugaison et grandissement.
Évaluation diagnostique p. 16
Situation
1
Une lentille convergente est un bloc transparent de verre ou de matière plastique qui présente la parti-
cularité d’avoir une épaisseur au centre plus importante que celle sur les bords. Il s’agit d’une lentille à 
bords minces. Avec une lentille convergente, les rayons émergents se resserrent par rapport à leur direction d’incidence (ils convergent) et un texte apparaît plus grand. Ce type de lentille concentre l’énergie 
lumineuse d’une source de lumière éloignée en un point nommé foyer de la lentille et noté F¢.
On pourra faire remarquer qu’une lentille mince est d’autant plus convergente que la courbure de ses faces est 
prononcée. Dans l’activité 2, une lentille convergente est utilisée pour former l’image d’un objet sur un écran.
Situation 2
Lorsqu’un objet est situé devant une lentille convergente, une image nette se forme pour une position 
précise de l’écran. Si l’objet observé se déplace, son image ne se forme plus dans la même position. Cette 
enotion, abordée en classe de 4 , est mise en jeu dans les activités 1 et 3. Ainsi, lorsque l’objet vu s’éloigne 
ou se rapproche, le cristallin doit modifier la courbure de ses faces afin de conserver une image nette sur 
la rétine (la distance cristallin-rétine restant constante).
5
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Situation 3
Une fausse représentation peut conduire à penser qu’en cachant une partie de la lentille, une partie de 
l’image disparaît. L’expérience montre que l’image reste la même. En effet, l’infinité de rayons de lumière 
issus d’un point de l’objet participent à la formation d’un point de son image. Cette notion pourra être 
réinvestie dans l’activité 1, qui présente le tracé des rayons de lumière utiles : si certains sont arrêtés, 
l’image perd en luminosité mais reste entière. C’est le cas pour un œil dont la pupille est fermée ou encore 
pour celui d’un objectif d’appareil photographique dont le diaphragme est resserré.
Activités
Activité 1
La formation d’une image p. 18
1. Le modèle réduit de l’œil est constitué d’un diaphragme qui joue le rôle de la pupille, d’une lentille
convergente qui joue le rôle du cristallin, et d’un écran, la rétine.
2. a. Sur le schéma du montage, une lentille convergente est représentée par un segment fléché (les
flèches orientées vers l’extérieur traduisent que les bords sont fins), auquel il faut associer le symbole (L)
(première lettre du mot lentille) ; le centre optique O (au centre du segment fléché) et l’axe optique (D)
(droite perpendiculaire à la lentille passant par O).
b.  Le rayon de lumière issu de B passant par le centre optique O de la lentille n’est pas dévié et arrive en B¢.
3. a. L’image de la lettre F est renversée (droite-gauche et haut-bas).
b.  Sur le schéma du montage, B¢ est placé en dessous de A¢.
4. a. B diaphragme écran
F¢ A¢
O (D)A

(L)
b. 
Sur le montage, la distance objet-lentille est de 20 cm. Sur le schéma, elle est représentée par une distance AO de 5 cm. Le schéma est donc réalisé à l’échelle ¼.
Sur le schéma, on mesure OF¢ = 1,25 cm soit f = OF¢ = 5,0 cm en réalité. La position du foyer F¢ est donc
cohérente.
5. Tout rayon de lumière incident parallèle à l’axe optique émerge de la lentille en passant par son foyer
F¢. Tout rayon incident passant par le centre optique O de la lentille ne subit pas de déviation.
6. Pour construire l’image A¢B¢ d’un objet AB perpendiculaire à l’axe optique d’une lentille, A étant sur
l’axe optique, deux rayons de lumière suffisent parmi tous ceux issus de l’objet :
– un rayon incident issu de B et parallèle à l’axe optique émerge de la lentille en passant par son foyer F¢ ;
– un rayon incident issu de B passant par le centre optique O de la lentille ne subit pas de déviation.
Les deux rayons se coupent en B¢, image de B. On projette alors B¢ sur l’axe optique pour obtenir A¢.
On considère, en effet, que si l’objet AB est perpendiculaire à l’axe optique, son image A¢B¢ est, elle aussi,
perpendiculaire à l’axe.
Activité 2
Faire une mise au point… p. 19
1. B
F¢ A¢
(D)A O
(L)

PARTIE 1 – Séquence 1 Vision et image6
04732835_.indb 6 19/07/11 18:05
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2. B
F¢ A¢
(D)A O
(L)

3.  Pour un objet de grandeur AB = 2,0 cm par exemple, on obtient :
4. a.
b.  La représentation graphique obtenue est celle d’une fonction affine de type y = ax + b soit :
1/OA¢ = a · (1/OA) + b.
c.  Il s’agit de prolonger le tracé de la droite obtenue jusqu’à l’axe des ordonnées. On repère alors la valeur 
de l’ordonnée à l’origine : y  = b (si x = 0, alors y = b). Les coordonnées de ce point sont (0 ; 5). On constate 0 0 
que b = C = 1/f.
PARTIE 1 – Séquence 1     Vision et image 7
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d. Prolonger le tracé de la droite jusqu’à l’axe des abscisses pour repérer la valeur de l’abscisse à l’origine
x . Les coordonnées de ce point (- 5 ; 0) permettent de déterminer la valeur du coefficient directeur a0
(si y = 0, alors a = - b/x  = - C/x ).0 0
-1On constate que x = - 5 m  (ou d), donc a = 1.0 
On en déduit la relation : y = x + C  soit  1/OA¢ = 1/OA + 1/OF¢.
5. On constate que OA¢/OA = g = A¢B¢/AB pour chaque position.
6. a. La relation 1/OA¢ = 1/OA + 1/OF¢, nommée relation de conjugaison, montre que la position de 
l’image d’un objet donnée par une lentille convergente dépend de la position de l’objet et de la distance 
focale f de la lentille.
La distance OA¢ peut être déterminée si OA et OF¢ sont connues.
b.
La relation g = A¢B¢/AB = OA¢/OA, nommée relation de grandissement permet de déterminer la grandeur et le sens de l’image d’un objet : A¢B¢ = AB · OA¢/OA.
Si g > 0, objet et image ont le même sens.
Si g < 0, image et objet sont de sens contraires.
Si g > 1 ou g < - 1, l’image est plus grande que l’objet.
si – 1 < g < 1, l’image est plus petite que l’objet.
Activité 3
L’œil et l’appareil photographique : de vrais jumeaux ? p. 20
1. et 2. D’après la relation de conjugaison, OA¢, OF¢ et OA sont interdépendants. Ainsi, à distance focale
f constante, si OA est modifié, alors OA¢ change. De même si OA est modifié alors OF¢ doit changer pour
conserver OA¢ constant.
-1 -1 Il s’agit donc de déterminer d’une part OA¢ pour OA = - 2,0 ¥ 10  m et OF¢ = 1,0 ¥ 10 m, d’autre part
-1 -1OF¢ pour OA = - 2,0 ¥ 10  m et OA¢ = 1,1 ¥ 10  m.
erDans le 1
 cas, il convient de modifier la distance lentille-écran de manière que OA¢ = 20 cm pour retrouver une image nette. Dans le second cas, il convient de modifier la distance focale de la lentille de manière 
que f = 7,1 cm, soit C = 14 d (associer deux lentilles C  = 10 d et C  = 4 d). Expérimentalement, une seconde1 2
lentille C  = 5 d peut convenir.2
3. La première modification modélise la mise au point réalisée sur un appareil photographique ; la seconde, 
le phénomène d’accommodation du cristallin.
4. Mise au point et accommodation sont deux phénomènes différents permettant la conserver une image 
nette sur le capteur ou la rétine.
Dans le cas d’un appareil photographique, lorsque le sujet se rapproche, l’objectif (dont la distance focale 
OF¢ reste fixe) s’éloigne du capteur afin d’adapter OA¢ à OA. Dans le cas de l’accommodation (un mécanisme
réflexe), le cristallin change de forme et augmente la courbure de ses faces afin de diminuer sa distance focale 
f. Sa vergence C augmente. OF¢ s’adapte à OA car OA¢ reste constant. Le cristallin peut ainsi être assimilé à
une lentille convergente de distance focale variable.
exercices
Co MPÉt En CE 1 : Savoir décrire le modèle de l’œil
1  1.  b.  2. b.  3. c.  4. a. 
2  a c 1.  - 2  ;  b - 1  ;  - 3 .
2. Dans l’œil, l’image d’un objet doit se former sur la rétine pour être vue nettement.
3  1.  1 - c  ;  2 - b  ;  3 - a .
2. Voir figure 2 du cours.
PARTIE 1 – Séquence 1 Vision et image8
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4  1.    2. rétine Un écran joue le rôlecristallin
de la rétine sur laquelle
se forme l’image
Une lentille convergente joue
le rôle du cristallin et permet
la formation de l’image
pupille
Un diaphragme joue le rôle de la pupille
et régule la quantité de lumière pénétrant dans l’œil
3. diaphragme écran
(D) O
(L)lentille
5  1.  Lors de l’accommodation, le cristallin se déforme : la courbure de ses faces est modifiée.
2.
Dans le modèle réduit de l’œil, l’accommodation est modélisée par l’utilisation de lentilles de courbures (ou de vergences) différentes.
6  1.  Voir figure 2 du cours.
2. Une lentille convergente.
3. La modification de la courbure des faces de la lentille lors de l’accommodation est réduite.
4. L’opacification du cristallin réduit la quantité de lumière pénétrant dans l’œil. La luminosité de l’image
formée est moindre.
7  1.  La rétine est la pellicule photographique 
Figure de la question 2
de l’œil.
2. Un décollement de rétine peut se traduire Position de l’écran
sur le modèle par un rapprochement (irrégu- pour l’œil
sain
(D)Olier) de l’écran et de la lentille. (Les cellules pho-
tosensibles de la rétine sont de plus dégradées). Voir figure ci-contre. (L)
3. Les rayons de lumière ne convergent plus 
sur la rétine. Le système cristallin-rétine donne Position de l’écran
pour l’œil atteintdonc d’un objet ponctuel une image floue.
(D)O
(L)
8  1.  « Accommodation » est un autre nom désignant la mise au point évoquée.
2. a.
B (L)
(D) A¢O
A B¢
PARTIE 1 – Séquence 1     Vision et image 9
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b.  L’image est vue nettement car elle se forme sur la rétine.
3.  D’après le texte, lorsque l’objet se rapproche, le cristallin se déforme légèrement et prend une forme 
plus convexe. Le cristallin d’un œil normal devient donc plus convergent.
4. a. La vision des objets proches est altérée chez un presbyte.
b.  Le cristallin ne se déforme pas suffisamment.
c.  Le cristallin n’étant pas assez convergent, les rayons de lumière issus du point B ne convergent plus en 
B¢ sur la rétine.
B (L)
(D)
O
A
Co MPÉt En CE 2 : Savoir construire l’image d’un objet
9  1.  c.  2. a.  3. b.  4. a.  5. a et c.
10  1.  C = 1/f  et  f = 1/C  donc  f = 1,25 cm.
er2.  1 cas : OA¢ = 2,55 cm ; A¢B¢ = - 9,0 mm ; A¢B¢ est renversée ; A¢B¢ est réelle.
nd2 cas : OA  = - 9,5 mm ; AB  = 1,4 cm ; A¢B¢ est droite ; A¢B¢ est virtuelle.¢ ¢ ¢
11  1.  La distance focale f d’une lentille représente la distance entre son centre optique O et son foyer F¢ ; 
f = OF¢.
2. 
(L)
F¢O (D)
f = 4,0 cm
12  1.
n’est pas
un rayon de lumière incident : est dévié
dévié
passant par le centre optique O X
Xparallèle à l’axe optique (D)
ne traversant pas la lentille X
2.
F¢ F¢(D) (D)O O
F¢(D) O
(L) (L)
(L)
PARTIE 1 – Séquence 1     Vision et image10
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13  1.  a. et b.
B
B
F¢F¢ (D) (D)
O O

(L) (L)B¢
2.
B

F¢ (D) (D)
O B O F¢

(L) (L)
14  L’optique dans la BD
Dans Le Temple du Soleil, Tintin allume une pipe à l’aide d’une loupe.
1. Que représente l’inscription + 20 d portée sur une loupe  ?
2. En déduire la distance à laquelle devrait être placé le tabac.
1.  Il s’agit de la vergence C, en dioptrie.
2.  f = 5,0 cm.
Co MPÉt En CE 3 : Utiliser les relations de conjugaison et de grandissement
15  1.  a. Une grandeur algébrique est une grandeur affectée d’un signe. En grandeur algébrique, une 
longueur entre deux points s’écrit avec une barre horizontale placée au-dessus des lettres qui désignent 
ces deux points.
b.  En optique, des grandeurs algébriques sont utilisées pour décrire la position, la grandeur des objets et 
images, ainsi que leur sens. Il faut tenir compte de l’orientation positive choisie pour les axes de la lentille.
2. 
La relation entre la position OA d’un objet et celle de son image OA¢ est nommée relation de conjugaison : 1/OA¢ = 1/OA + 1/OF¢. La grandeur OF¢ est la distance focale f de la lentille.
3.  Le rapport entre la grandeur A¢B¢ de l’image et celle AB de l’objet est nommé grandissement g. Le 
grandissement est donné par la relation : g = A¢B¢/AB = OA¢/OA.
17  1.  et 2. La relation entre la position OA d’un objet et celle de son image OA¢ est nommée relation 
de conjugaison. Elle dépend de la distance focale f = OF¢ de la lentille :
1/OA¢ = 1/OA + 1/OF¢
3.
fOA¢ OA
7,5 cm - 15 cm 5,0 cm
13 cm - 15 cm 7,0 cm
10 cm 6,0 cm- 15 cm
10 cm - 23 cm 7,0 cm
18  1. g est le rapport entre la grandeur A¢B¢ de l’image et celle AB de l’objet.
2. g OA¢ OA.
PARTIE 1 – Séquence 1     Vision et image 11
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3. 
AB A¢B¢ OA OA¢g
en cm en cm en cm en cm
2,0 - 1,0 - 1/2 - 30 15a
1,5 3,0 2 - 5,0 - 10b
2,0 - 2,0 - 1 - 20 20c
1,2 - 4,8 - 4 - 12,5 50d
4.  L’objet et son image sont de même sens dans le cas  b . Dans les cas  b  et  d , l’image est agrandie. 
Dans les cas  a ,  c  et  d , l’image est réelle.
19  1.  a. La relation de conjugaison amène : 1/OA = 1/OA¢ - 1/f.
b.  f = 25 cm et OA¢ = 3,0 m donc OA = - 27 cm.
2. a. g = OA¢/OA  soit  g = - 11.
b. g < 0.
c.  L’image formée est donc renversée.
3. a. g = A¢B¢/AB = OA¢/OA  donc  A¢B¢ = OA¢ · AB/OA.
b. A¢B¢ = - 11 cm.
Ex Er CiCES d E Synthè SE
20  L’appareil photo
Un appareil photo est constitué d’un objectif, d’une surface sensible (la pellicule) et d’un diaphragme qui règle 
la quantité de lumière entrant dans l’appareil. La mise au point consiste à tourner l’objectif, ce qui induit son 
déplacement et modifie la distance qui le sépare de la pellicule.
1. Légender sur la figure les éléments de l’appareil photo.
2. Déterminer, à partir de la figure (échelle 1/2), la distance focale de l’objectif.
3. En déduire la vergence.
4. Où se forme l’image d’un objet très éloigné d’une lentille convergente ?
5. Dans la situation proposée sur le schéma, que doit-on faire pour que l’image de l’objet se forme sur la rétine ?
1. diaphragme lentille
film
F¢O
(L)
2.  f = 1,8 cm (1,6 cm sur le manuel petit format).
3.  C = 56 d.
4.  L’image se forme à une distance du centre optique O de la lentille égale à sa distance focale.
5.  Il faut approcher la pellicule en F¢.
21  1.  a. La vergence C (en dioptrie d) est l’inverse de la distance focale f (en m) d’une lentille : C = 1/f.
-3b.  C = 1/(20 ¥ 10 ) = 50 d.
PARTIE 1 – Séquence 1     Vision et image12
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Correction
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2. 
B

F¢ (Δ) A¢
OA
(L) B¢
3. OA¢ = 40 mm. L’image est renversée et A¢B¢ = - 1 cm.
4. g = A¢B¢/AB = OA¢/OA = - 1/1 = - 40/40 = - 1.
1
22  1.  f =    soit  f = 4,0 cm.
C
2. a. B
F¢ A¢
(D)A O
(L) B¢
b. OA¢ = 7,2 cm    et   A¢B¢ = - 1,6 cm.
c. 
B
F¢ (D) A¢
A O
(L)

3.  La formule de conjugaison permet d’écrire : 1/OA  = 1/OA + 1/f.¢
A.N. : OA¢ = 7,2 cm.
La relation de grandissement s’écrit :
g A¢B¢ ABOA¢ OA
AB·OA¢
soit   A¢B¢  ;
OA
A¢B¢ = - 1,6 cm.
4. g = - 0,8.
23  1. 
d ispositif Œil réel
petite ouverture pupille
papier calque rétine
lentille convergente cristallin
2. a. et b.
B
F¢ A¢
A (D) O
B'
(L)
PARTIE 1 – Séquence 1     Vision et image 13
04732835_.indb 13 19/07/11 18:05
Correction
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c.  Le papier calque doit être placé à la distance OA¢ = 12,5 cm.
d.  L’image formée est réelle, car elle se forme sur un écran, le papier calque.
e.  L’image est renversée et sa taille est : AB  = - 8 mm.¢ ¢
3.  Ce dispositif reproduit le principe de l’appareil photographique.
24  1.  et 2.


B

F¢ (Δ)
A¢ A O
image détail
virtuelle du cliché (L)
du détail
3. a. L’image A¢B¢ de AB mesure 3,2 cm de hauteur, elle est droite et virtuelle. Graphiquement, les mesures 
amènent : A¢B¢ = + 3,2 cm et OA¢ = – 6,7 cm.
b.  Il s’agit d’une loupe.
25  1. OA¢ = 50 mm.
2.  À 5 m de l’objectif, l’objet est très éloigné de la lentille. Il peut être considéré comme étant à l’infini. 
L’image se forme alors à une distance du centre optique O égale à la distance focale f.
3. A¢B¢ = - 4,0 mm : l’image est renversée et réelle.
4.  La distance entre l’objectif et la pellicule augmente.
26  1.  a. Lorsque l’objet vu est très éloigné (à l’infini), les rayons de lumière incidents sont parallèles entre 
eux. L’image se forme directement à une distance OA¢ égale à la distance focale f.
f = 17 mm    donc    C  = 59 d.1
b.  On détermine f pour OA = - 25 cm et OA¢ = 17 mm. L’application de la relation de conjugaison amène 
f = 16 mm. Lorsque le cristallin accommode au maximum, C  = 63 d.2
c.  DC = 4 d.
2. a. C varie de 14 d à 29 d soit DC = 15 d.
b.  La modification de la courbure du cristallin permet à l’œil de changer sa vergence. Dans un appareil 
photo, le principe consisterait à combiner plusieurs lentilles de vergences différentes.
27  1.  Lorsque l’objet est très éloigné (à l’infini), les rayons de lumière incidents sont parallèles entre eux. 
L’image se forme directement à une distance OA¢ = f.
OA  = 1/C = 5,0 cm. Il s’agit de la distance entre la lentille et le capteur.¢
2. OA¢ = 5,1 cm.
3. a. Il faut éloigner l’objectif de 1 mm du capteur.
b.  La grandeur de l’image augmente lorsque l’objet se rapproche.
4. OA = - 55 cm pour OA¢ = 5,5 cm.
PARTIE 1 – Séquence 1     Vision et image14
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En rout E v Er S La t Er Mina LE
28  1.  a. et b.
Emplacement
B du film

(Δ)F¢ A¢
OA

(L)
c.  Graphiquement, OA¢ = 20 cm et A¢B¢ = - 3,0 cm.
2. a. Voir schéma.
b.  La relation de conjugaison amène : OA¢ = 20 cm.
c.  Oui car OA¢ >> OF¢.
3. a. La relation de grandissement amène : A¢B¢ = - 3,0 cm.
b. g = - 1. L’image est donc réelle, renversée et de même grandeur que l’objet.
c.  Image et objet sont de même grandeur.
4.  On passe de 24 mm (2,4 cm) à 12 cm : 12/2,4 = 5.
La taille de l’abeille sera donc 5 fois plus grande que la taille réelle, soit 15 cm.
5.  La macrophotographie consiste à réaliser des photos nettes pour lesquelles l’image est plus grande 
que l’objet réel. Il s’agit de petits objets pris en photo de très près.
Les sciences et nous
Traduction du texte « Innovation » :
Les progrès de la chirurgie réfractive
Il devient aujourd’hui possible de corriger la myopie, l’hypermétropie et l’astigmatisme sans avoir recours au 
port de lunettes ou de lentilles de correction. Le LASIK est un procédé utilisant un laser. Il modifie la courbe de 
la cornée avec une précision micrométrique, dans le but de changer la vergence de l’œil. L’opération, pratiquée 
sous anesthésie locale, est indolore et dure moins de deux minutes par œil.
PARTIE 1 – Séquence 1     Vision et image 15
04732835_.indb 15 19/07/11 18:05
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