Focométrie des lentilles minces

Alain Robichon

Description

Niveau: Supérieur
FOCOMÉTRIE. page 1/3 TP : FOCOMÉTRIE DES LENTILLES MINCES. But du TP: Étudier différentes méthodes de mesure de la distance focale de lentilles minces conver- gentes ou divergentes. Savoir faire des relevés longitudinaux avec un viseur; savoir régler sur l'infini un collimateur. Matériel : Un banc d'optique longueur 2000 mm gradué ; Un collimateur permettant de réaliser une source à l'infini ou à distance finie. un viseur réglé sur l'infini ou à frontale fixe par ajout d'une bonnette. Un jeu de lentilles convergentes et divergentes Un miroir plan, un miroir sphérique. Un écran. I. Méthodes propres aux lentilles minces CONVERGENTES. 1°) Méthode d'autocollimation (Rappel de PCSI). Placer après la lentille dont on veut déterminer la distance focale un miroir plan. Déplacer l'en- semble lentille-miroir, jusqu'à obtenir une image très nette de l'objet placée dans le même plan frontal que cet objet : l'objet et son image sont alors dans le plan focal objet de la lentille. ? Justifier par un schéma la méthode d'autocollimation. On cherchera à comprendre notamment pourquoi la distance lentille – miroir plan n'intervient pas. Pourquoi toutefois vaut-il mieux placer le miroir juste après la lentille ? 2°) Méthodes de Bessel et Silbermann (Rappel de PCSI). Méthode de Bessel .

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• distance focale


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Sujets

• Miroir plan
• Distance focale
• Focale
• Lentille optique

Informations

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Extrait

FOCOMÉTRIE. TP : FOCOMÉTRIE DES LENTILLES MINCES. But du TP:Étudier différentes méthodes de mesure de la distance focale de lentilles minces conver- gentes ou divergentes. Savoir faire des relevés longitudinaux avec un viseur; savoir régler sur l'infini un collimateur. Matériel :Un banc d’optique longueur 2000 mm gradué; Un collimateur permettant de réaliser une source à l’infini ou à distance finie. un viseur réglé sur l’infini ou à frontale fixe par ajout d’une bonnette.  Unjeu de lentilles convergentes et divergentes  Unmiroir plan, un miroir sphérique.  Unécran. I. Méthodes propres aux lentilles minces CONVERGENTES. 1°) Méthode d'autocollimation (Rappel de PCSI).  Placeraprès la lentille dont on veut déterminer la distance focale un miroir plan. Déplacer l'en- semble lentille-miroir, jusqu'à obtenir une image très nette de l'objet placée dans le même plan frontal que cet objet : l'objet et son image sont alors dans le plan focal objet de la lentille.  Justifier par un schéma la méthode d’autocollimation. On cherchera à comprendre notamment pourquoi la distance lentille–miroir plan n’intervient pas. Pourquoi toutefois vaut-il mieux placer le miroir juste après la lentille ? 2°) Méthodes de Bessel et Silbermann (Rappel de PCSI). Ba eporte leécran d : distance entre les collimateur deux positions de L L L

D : distance objet - écran Méthode de Besselune lentille convergente de vergence + 3. Utiliser pour Lou + 8 1 1. Placer à une extrémité du banc un objet à bords nets et l'écran à l'autre extrémité du banc d'op- tique. On notera D la distance objet-écran. 2. Constater qu'il existe deux positions zet zde la lentille, symétriques par rapport au milieu O de la 1 2 distance objet-écran qui donnent une image nette sur l'écran. Soitdla distance entre ces deux positions. 3. Établir la relation donnant la distance focale f' :. 4. Vérifier que si D < 4f', il estimpossible d'obtenir une image nette de l'objet sur l'écran. Méthode de Silbermann.  Ils'agit du cas particulier de la méthode de Bessel où d = 0. On a alorsD = 4f'. Pratiquement, on opère par tâtonnements : 1.Partir d’une situation avec lentille et écran accolés, puisles écarter symétriquementl’un de l’autre jusqu’à obtenir une image nette sur l’écran. 2. On atteindra la distance D = 4f' lorsque l'image auramême tailleque l'objet etrenversée. Vérifier qu'alors les positionsde l’objet etde l’image sont à la distance 2f de la lentille. page 1/3

FOCOMÉTRIE. II. Méthodes applicables aux lentilles minces CONVERGENTES et DIVERGENTES. 1°) Méthode de l'objet à l'infini.  Cetteméthode est particulièrement intéressante lorsque la longueur du banc est inférieure à 4f', les méthodes précédentes de Bessel et Silbermann n'étant alors plus applicables.  Sil'on emploie un collimateur et un viseur, on peut envisager la méthode de l'objet à l'infini avec une lentille convergente ou divergente. Principe. En disposant d’unobjetà l’infini Collimateur réglé surbonnette Viseurà pour la lentille à étudier, l'image L l’infini fixe frontale finale se trouve alors dans le plan F’ focal image de L. Il suffit de me- oeil surer la distance séparant le plan de la lentille du plan de l'image. distance de visée Manipulation.  Onutilisera successivement une lentille convergente, puis une lentille divergente. 1. Régler le collimateur sur l'infini, éclairé par la lanterne, puis le placer devant la lentille. 2. Pointer l'image du réticule à travers la lentille à l'aide du viseur à frontale fixe (penser à ajouter la bonnette au niveau de l’oculaire du viseur). 3. Pointer ensuite la face de sortie de la lentille (sur des poussières ou des traces de doigt) . Mesurer la distance focale de la lentille et évaluer la précision de la mesure. 2°) Casd’une lentille divergente: méthode de Badal.  Leprincipe de la méthode se traduit par le schéma ci- contre : Figure a: Disposer d’un objet à l’infini.  Disposerune lentille convergente (L) de focale connue 0 f' ,(L )donne l'image finale A' en F'sur un écran (E) pla- 0 00 cé dans le plan focal image de (L). 0 Figure b:  Placerla lentille divergente (L) dont on cherche à mesurer la distance focale f' dans le plan focal objet de (L). Pour ob- 0 tenir une image A' nette, il faut déplacer l'écran (E) d'une distance D.

 Enappliquant la relation de Newton à la lentille (L), montrer que : 0  Utilisercette méthode pour déterminer la distance focale d'une des lentilles divergentes fournies. 3°) Système de deux lentilles accolées; théorème des vergences.  Réalisersur un même support un système de deux lentilles accolées comportant une lentille con- vergente de focale connue f'et la lentille convergente ou divergente de focale inconnue. 0  S'assurerque le système estconvergent etdéterminer sa focale par laméthode d'autocollima- tion.  Endéduire la focale inconnue par application duthéorème des vergences.  Évaluerlaprécisionde la mesure.

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FOCOMÉTRIE. FEUILLE DES RÉSULTATS : FOCOMÉTRIE DES LENTILLES MINCES. I. Méthodes propres aux lentilles minces CONVERGENTES. 1°) Méthode d'autocollimation (Rappel de Sup). 2°) Méthodes de Bessel et Silbermann (Rappel de Sup). II. Méthodes générales applicables aux lentilles convergentes et divergentes. 1°) Méthode de l'objet à l'infini.  Manipulation avec la lentille convergente.  Positionde la face de sortie de la lentille:x = 1  Positiondu foyer image F':x = 2 D'où la focale: f' =  Manipulation avec la lentille divergente.  Positionde la face de sortie de la lentille:x = 1  Positiondu foyer image F':x = 2 D'où la focale: f' = 2°) Méthode de Badal.  Manipulation. D = _______________.  Précision de la mesure.  Errreurrelative (expression théorique):  D'oùfinalement: f' = 3°) Système de lentilles accolées.  Choixde la lentille convergente auxiliaire f'= ________ +/- _________ 0  Typede la lentille de focale inconnue (convergente ou divergente):___________ Mesure de la focale du système équivalent aux deux lentilles accolées:f' =______ +/- ________ eq Valeur de la focale de la lentille étudiée et précision de la mesure : f' = .

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