QCM : Œil et systèmes optiques (29 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quel composant correspond à une lentille sphérique ?

Un composant transparent limité par deux dioptres sphériques, utilisant la réfraction sans axe de révolution
Un composant réfléchissant limité par deux dioptres sphériques, utilisant la réflexion et doté d’un axe optique
Un composant transparent limité par deux dioptres sphériques, utilisant la réfraction et doté d’un axe optique
Un composant transparent limité par deux dioptres plans, utilisant la réfraction et doté d’un axe optique

Un composant transparent limité par deux dioptres sphériques, utilisant la réfraction et doté d’un axe optique

Explication

Une lentille sphérique est transparente, utilise la réfraction et est limitée par deux dioptres sphériques autour d’un axe de révolution appelé axe optique. La réflexion caractérise un miroir, les dioptres plans ne sont pas sphériques et l’axe optique fait partie de la définition.

2. Une lentille de verre présente des bords plus épais que sa région centrale. Comment classe-t-on son comportement ?

Convergente si le verre est transparent
Indéterminé sans connaître son axe optique
Convergente
Divergent

Divergent

Explication

Les lentilles à bords épais sont divergentes, tandis que celles à bords minces sont convergentes. L’inversion de cette classification conduit à « convergente », et le matériau ou l’axe optique ne changent pas ce critère de forme.

3. Pour étudier une lentille dans les conditions de Gauss, un dispositif sélectionne des rayons incidents. Quelle sélection convient ?

Des rayons très inclinés par rapport à l’axe et proches du centre de la lentille
Des rayons très inclinés par rapport à l’axe et éloignés du centre de la lentille
Des rayons peu inclinés par rapport à l’axe et éloignés du centre de la lentille
Des rayons peu inclinés par rapport à l’axe et proches du centre de la lentille

Des rayons peu inclinés par rapport à l’axe et proches du centre de la lentille

Explication

Les conditions de Gauss retiennent des rayons incidents peu inclinés par rapport à l’axe optique et proches du centre de la lentille. Les autres choix négligent soit la faible inclinaison, soit la proximité du centre, soit les deux.

4. Une expérience limite les rayons aux abords de l’axe et près du centre d’une lentille mince. Quelle propriété optique peut alors être considérée comme approximativement réalisée ?

La vergence nulle et la transmission sans réfraction
La réflexion et l’absorption
Le stigmatisme exact pour tout rayon incident
Le stigmatisme et l’aplanétisme

Le stigmatisme et l’aplanétisme

Explication

Dans les conditions de Gauss, une lentille mince se comporte comme un système centré réalisant approximativement le stigmatisme et l’aplanétisme. Cela ne signifie ni absence de réfraction ni stigmatisme exact pour des rayons quelconques.

5. Un rayon lumineux traverse une lentille mince en passant exactement par son centre optique O. Quel est son trajet à la sortie ?

Il est dévié vers l’axe optique
Il est réfléchi en sens inverse
Il poursuit sa trajectoire sans être dévié
Il ressort en passant par le foyer image

Il poursuit sa trajectoire sans être dévié

Explication

Un rayon passant par le centre optique O d’une lentille mince n’est pas dévié. Le passage par le foyer image concerne une direction particulière des rayons, tandis qu’une lentille réfracte la lumière au lieu de la réfléchir.

6. Une lentille divergente a une distance focale image algébrique f′=−0,25 mf'=-0{,}25\,\mathrm{m}. Quelle est sa vergence, sachant que V=1f′V=\frac{1}{f'} ?

+0,25 m−1+0{,}25\,\mathrm{m}^{-1}
+4 m−1+4\,\mathrm{m}^{-1}
−0,25 m−1-0{,}25\,\mathrm{m}^{-1}
−4 m−1-4\,\mathrm{m}^{-1}

$$-4\,\mathrm{m}^{-1}$$

Explication

La vergence est l’inverse de la distance focale exprimée en mètres : V=1/(−0,25)=−4 m−1V=1/(-0{,}25)=-4\,\mathrm{m}^{-1}, soit −4-4 dioptries. Un signe positif ou une valeur absolue perd le caractère divergent, et garder −0,25-0{,}25 revient à ne pas prendre l’inverse.

7. Pour construire l’image d’un objet vertical AB, un élève trace les rayons particuliers issus de B. Comment détermine-t-il le point B′ ?

À l’intersection des rayons particuliers issus de A et de B
Au point où un rayon particulier issu de B atteint la lentille
À l’intersection des rayons particuliers issus de A
À l’intersection des rayons particuliers issus de B

À l’intersection des rayons particuliers issus de B

Explication

Le point image B′ se construit à l’intersection des rayons particuliers issus du point objet B. Partir de A confond le point objet recherché, un seul rayon ne suffit pas à fixer l’intersection, et le point d’incidence sur la lentille n’est pas B′.

8. Pour construire le rayon émergent associé à un rayon incident quelconque R, quelle construction permet de repérer le foyer secondaire correspondant ?

Tracer par O un rayon parallèle à l’axe et repérer son intersection avec le plan focal image
Tracer par O un rayon parallèle à R et repérer son intersection avec le plan focal image
Tracer par O un rayon parallèle à R et repérer son intersection avec le plan focal objet
Tracer par F un rayon parallèle à R et repérer son intersection avec le plan focal image

Tracer par O un rayon parallèle à R et repérer son intersection avec le plan focal image

Explication

Le rayon auxiliaire parallèle à R et passant par O n’est pas dévié ; son intersection avec le plan focal image localise le foyer secondaire par lequel passe le rayon émergent. Passer par F, viser parallèlement à l’axe ou utiliser le plan focal objet modifie la construction requise.

9. Pour une lentille de distance focale image f′=4 cmf' = 4\,\text{cm}, un objet est placé avec FA‾=2 cm\overline{FA}=2\,\text{cm}. Quelle valeur doit satisfaire F′A′‾\overline{F'A'} selon la relation de Newton ?

−2 cm-2\,\text{cm}
−8 cm-8\,\text{cm}
−16 cm-16\,\text{cm}
8 cm8\,\text{cm}

$$-8\,\text{cm}$$

Explication

La relation de Newton impose FA‾ F′A′‾=−f′2\overline{FA}\,\overline{F'A'}=-f'^2. Ainsi, 2 cm×F′A′‾=−(4 cm)22\,\text{cm}\times\overline{F'A'}=-(4\,\text{cm})^2, donc F′A′‾=−8 cm\overline{F'A'}=-8\,\text{cm} ; la valeur positive oublie le signe, et les autres résultats ne respectent pas le produit imposé.

10. Une lentille a une distance focale image f′=10 cmf'=10\,\text{cm} et un objet situé à OA‾=−30 cm\overline{OA}=-30\,\text{cm}. Quelle position de l’image OA′‾\overline{OA'} vérifie la relation de Descartes ?

15 cm15\,\text{cm}
−15 cm-15\,\text{cm}
−7,5 cm-7{,}5\,\text{cm}
7,5 cm7{,}5\,\text{cm}

$$15\,\text{cm}$$

Explication

La relation de Descartes donne 1OA′‾−1−30=110\frac{1}{\overline{OA'}}-\frac{1}{-30}=\frac{1}{10}, donc 1OA′‾=110−130=115\frac{1}{\overline{OA'}}=\frac{1}{10}-\frac{1}{30}=\frac{1}{15} et OA′‾=15 cm\overline{OA'}=15\,\text{cm}. Un signe inversé ou l’omission du terme objet change le résultat ; les valeurs de 7,5 cm7{,}5\,\text{cm} ne résultent pas de cette équation.

11. Dans une configuration où OA′‾=12 cm\overline{OA'}=12\,\text{cm} et OA‾=−6 cm\overline{OA}=-6\,\text{cm}, quelle est la valeur du grandissement transversal ?

66
−2-2
22
−0,5-0{,}5

$$-2$$

Explication

Le grandissement vérifie γ=OA′‾OA‾\gamma=\frac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}. Ici, γ=12−6=−2\gamma=\frac{12}{-6}=-2 ; inverser le rapport donne −0,5-0{,}5, tandis que prendre les valeurs absolues fait perdre le signe.

12. Dans le modèle optique réduit de l’œil, quels éléments représentent respectivement le cristallin, l’iris et la rétine ?

Une lentille convergente à vergence fixe, un diaphragme à diamètre variable et un capteur plan fixe
Un diaphragme à diamètre variable, une lentille convergente à vergence variable et un capteur plan fixe
Une lentille convergente à vergence variable, un capteur plan fixe et un diaphragme à diamètre variable
Une lentille convergente à vergence variable, un diaphragme à diamètre variable et un capteur plan fixe

Une lentille convergente à vergence variable, un diaphragme à diamètre variable et un capteur plan fixe

Explication

Le cristallin est modélisé par une lentille convergente à vergence variable, l’iris par un diaphragme à diamètre variable et la rétine par un capteur plan fixe. Une vergence fixe néglige la variation du cristallin, tandis que les autres erreurs intervertissent les rôles de l’iris et de la rétine.

13. Dans une pièce très éclairée, quelle fonction de l’iris contribue à limiter l’éblouissement ?

Faire varier la distance entre le cristallin et la rétine
Modifier la vergence pour focaliser l’image sur la rétine
Recevoir l’image formée au fond de l’œil
Régler la quantité de lumière qui entre dans l’œil

Régler la quantité de lumière qui entre dans l’œil

Explication

L’iris règle la quantité de lumière qui entre dans l’œil, ce qui contribue à éviter l’éblouissement. Modifier la vergence relève du cristallin, recevoir l’image correspond à la rétine, et la distance cristallin-rétine est fixe dans le modèle.

14. Un objet se rapproche de l’œil et son image doit rester nette sur la rétine. Comme la distance cristallin-rétine est fixe, que font les muscles ciliaires ?

Ils déforment le cristallin pour modifier sa courbure et sa vergence
Ils modifient le diamètre de la pupille pour faire la mise au point
Ils maintiennent la courbure du cristallin et sa vergence constantes
Ils déplacent la rétine pour conserver la netteté de l’image

Ils déforment le cristallin pour modifier sa courbure et sa vergence

Explication

Les muscles ciliaires déforment le cristallin et modifient sa courbure et sa vergence afin que l’image se forme nettement sur la rétine malgré la distance fixe entre celle-ci et le cristallin. Le déplacement de la rétine et le réglage de la pupille ne constituent pas le mécanisme d’accommodation.

15. Pour voir nettement un objet qui se rapproche, quelle capacité l’œil mobilise-t-il en ajustant son cristallin afin que l’image reste sur la rétine ?

Modifier la sensibilité des cellules rétiniennes
Faire varier le diamètre de la pupille
Faire varier la vergence du cristallin
Déplacer la rétine par rapport au cristallin

Faire varier la vergence du cristallin

Explication

L’accommodation consiste à faire varier la vergence du cristallin pour former une image nette sur la rétine lorsque la distance de l’objet change. Le diamètre de la pupille règle l’entrée de lumière, le déplacement de la rétine n’est pas le mécanisme décrit et la sensibilité rétinienne ne réalise pas la mise au point.

16. Un œil au repos observe nettement un point situé à 4 m, mais ne voit pas nettement les objets plus éloignés. Quel point ce point représente-t-il ?

Le punctum proximum, situé à 4 m
Le foyer image, situé à 4 m
La limite de résolution, située à 4 m
Le punctum remotum, situé à 4 m

Le punctum remotum, situé à 4 m

Explication

Le punctum remotum est le point le plus éloigné vu nettement lorsque l’œil est au repos ; ici, il se trouve à 4 m. Le punctum proximum correspond au point le plus proche vu net en accommodation maximale, tandis que le foyer image et la limite de résolution ne désignent pas ce point.

17. En accommodant au maximum, un œil voit nettement un texte à 18 cm, mais les caractères deviennent flous lorsqu’on le rapproche davantage. Quel est ce point à 18 cm ?

Le punctum remotum, à 18 cm
Le punctum proximum, à 18 cm
La plage d’accommodation, à 18 cm
Le foyer image, à 18 cm

Le punctum proximum, à 18 cm

Explication

Le punctum proximum est le point le plus proche que l’œil voit net lorsqu’il accommode au maximum. Le punctum remotum concerne l’œil au repos et le point le plus éloigné ; la plage est une zone entre deux points, et le foyer image n’est pas le nom de cette limite de vision.

18. Deux points sont rapprochés l’un de l’autre jusqu’à ce que l’œil ne puisse plus les distinguer séparément. Quel angle correspond à la limite de résolution angulaire de l’œil ?

La plus petite distance physique entre les points
Le plus grand angle sous lequel les points restent distinguables
Le plus petit angle sous lequel les points restent distinguables
L’angle apparent sous lequel un point isolé est vu

Le plus petit angle sous lequel les points restent distinguables

Explication

La limite de résolution angulaire est le plus petit angle sous lequel deux points doivent être vus pour que l’œil les distingue. L’angle maximal, une distance linéaire et l’angle apparent d’un point seul ne définissent pas ce seuil de séparation.

19. Deux points sont à 8 m de l’œil et la limite de résolution angulaire vaut 3×10−4 rad3\times10^{-4}\ \mathrm{rad}. Quelle séparation minimale permet de les distinguer, avec l’approximation des petits angles ?

2,7×104 m2{,}7\times10^{4}\ \mathrm{m}
8,0×10−3 m8{,}0\times10^{-3}\ \mathrm{m}
3×10−4 m3\times10^{-4}\ \mathrm{m}
2,4×10−3 m2{,}4\times10^{-3}\ \mathrm{m}

$$2{,}4\times10^{-3}\ \mathrm{m}$$

Explication

Pour les petits angles, la séparation minimale est Lmin⁡=DεL_{\min}=D\varepsilon ; ainsi, 8×3×10−4=2,4×10−3 m8\times3\times10^{-4}=2{,}4\times10^{-3}\ \mathrm{m}. Diviser par l’angle inverse la relation, reprendre ε\varepsilon comme une longueur oublie la distance, et la valeur 8,0×10−3 m8{,}0\times10^{-3}\ \mathrm{m} ne résulte pas du produit demandé.

20. Dans le modèle simplifié d’un appareil photographique, quels éléments sont associés pour former l’appareil ?

Un diaphragme réglable, un objectif sans lentille et un capteur courbe à distance fixe
Une lentille convergente, un diaphragme réglable et un capteur plan à distance réglable
Une lentille convergente, un capteur réglable et un diaphragme placé derrière le capteur
Une lentille divergente, un diaphragme fixe et un capteur plan à distance réglable

Une lentille convergente, un diaphragme réglable et un capteur plan à distance réglable

Explication

Le modèle comprend une lentille mince convergente représentant l’objectif, un diaphragme réglable placé contre elle et un capteur plan dont la distance à la lentille est réglable. La lentille divergente confond le type de lentille, le capteur placé derrière le diaphragme inverse leur disposition, et le capteur courbe ne correspond pas au modèle.

21. Après avoir visé un objet proche, une photographe détermine que son image se forme à une distance OA′=52 mmOA′=52\,\text{mm} de l’objectif. Où placer le capteur pour obtenir une image nette ?

À 52 mm de l’objectif
À 2 mm de l’objectif
À la distance focale de l’objectif
À la distance objet-objectif

À 52 mm de l’objectif

Explication

Pour obtenir une image nette, le capteur doit être dans le plan de l’image formée par l’objectif, donc à la distance d=OA′=52 mmd=OA′=52\,\text{mm}. La distance focale vaut pour un objet à l’infini, la distance objet-objectif concerne l’objet, et 2 mm pourrait correspondre à un déplacement mais pas à la distance totale du capteur à l’objectif.

22. Pour photographier une scène plus vaste sans changer la taille du capteur, quel choix de focale convient, et quel effet accompagne ce choix ?

Une focale longue, qui donne un grand champ
Une focale longue, qui réduit l’image sur le capteur
Une focale courte, qui agrandit davantage l’image sur le capteur
Une focale courte, qui donne un grand champ

Une focale courte, qui donne un grand champ

Explication

Une focale courte couvre un champ plus grand. Une focale longue réduit le champ tout en agrandissant l’image d’un objet donné sur le capteur; les autres propositions inversent ces effets ou les attribuent à un autre réglage.

23. Un objectif de focale 50 mm50\,\text{mm} possède un diaphragme de diamètre 25 mm25\,\text{mm}. Quel est son nombre d’ouverture NN ?

7575
44
22
0,50{,}5

$$2$$

Explication

Le nombre d’ouverture se calcule par N=f′DN=\frac{f′}{D}; ici, N=5025=2N=\frac{50}{25}=2. La valeur 0,50{,}5 inverse le rapport, 7575 additionne les grandeurs et 44 utilise le rayon plutôt que le diamètre.

24. À focale inchangée, une photographe passe d’un nombre d’ouverture N=4N=4 à N=8N=8. Comment évolue la puissance lumineuse reçue par unité de surface du capteur ?

Elle est divisée par 2
Elle est multipliée par 2
Elle est divisée par 4
Elle est multipliée par 4

Elle est divisée par 4

Explication

La puissance reçue par unité de surface est proportionnelle à 1N2\frac{1}{N^2}. Doubler NN divise donc cette puissance par 22=42^2=4; une division par 2 oublie le carré, tandis que les multiplications inversent l’effet d’une ouverture plus fermée.

25. Un pixel reçoit une énergie proportionnelle à τN2\frac{\tau}{N^2}. Si le temps d’exposition est doublé et que le nombre d’ouverture est aussi doublé, comment évolue l’énergie reçue par ce pixel ?

Elle est divisée par 2
Elle est multipliée par 2
Elle reste inchangée
Elle est divisée par 4

Elle est divisée par 2

Explication

L’énergie est proportionnelle à τN2\frac{\tau}{N^2} : doubler τ\tau multiplie l’énergie par 2, tandis que doubler NN la divise par 4, soit un facteur net de 24=12\frac{2}{4}=\frac{1}{2}. L’énergie ne reste donc pas inchangée, et la division par 4 néglige l’effet de la durée doublée.

26. Un photographe souhaite augmenter la profondeur de champ tout en gardant les autres réglages inchangés. Quel changement de réglage peut-il effectuer ?

Ouvrir le diaphragme
Fermer le diaphragme
Augmenter la focale
Faire la mise au point plus près

Fermer le diaphragme

Explication

Fermer le diaphragme diminue son diamètre et augmente le nombre d’ouverture, ce qui accroît la profondeur de champ. Ouvrir le diaphragme, augmenter la focale ou faire la mise au point plus près va dans le sens opposé.

27. En photographie, que désigne la profondeur de champ autour du point de mise au point A ?

La position du seul point formant une image ponctuelle
La largeur de la surface sensible du capteur
L’intervalle des focales utilisées pour la prise de vue
La longueur de la zone axiale jugée nette sur le capteur

La longueur de la zone axiale jugée nette sur le capteur

Explication

La profondeur de champ est la longueur, le long de l’axe optique et de part et d’autre de A, de la zone dont les points donnent une image jugée nette sur le capteur. Le point conjugué exact concerne une image ponctuelle, tandis que la largeur du capteur et les focales décrivent d’autres grandeurs.

28. Dans un dispositif, la première lentille forme une image intermédiaire qui sert d’objet à la seconde lentille. Quel principe permet de poursuivre l’étude jusqu’à l’image finale ?

Utiliser l’image intermédiaire comme objet de la lentille suivante
Remplacer les lentilles successives par une lentille accolée équivalente
Considérer l’image intermédiaire comme l’image finale du système
Reprendre l’objet initial comme objet de la lentille suivante

Utiliser l’image intermédiaire comme objet de la lentille suivante

Explication

Dans un système à plusieurs lentilles, l’image formée par chacune sert d’objet, réel ou virtuel, à la lentille suivante jusqu’à l’image finale. Assimiler l’image intermédiaire à l’image finale, reprendre l’objet initial ou supposer les lentilles accolées ne suit pas ce mécanisme.

29. Deux lentilles minces accolées ont pour vergences V1=+3 δV_1=+3\,\text{δ} et V2=−1 δV_2=-1\,\text{δ}. Quelle est la vergence de la lentille équivalente ?

+2 δ+2\,\text{δ}
−4 δ-4\,\text{δ}
−3 δ-3\,\text{δ}
+4 δ+4\,\text{δ}

$$+2\,\text{δ}$$

Explication

Pour deux lentilles accolées, la vergence équivalente est la somme algébrique : V=V1+V2=+3+(−1)=+2 δV=V_1+V_2=+3+(-1)=+2\,\text{δ}. Soustraire dans l’ordre inverse donne −4 δ-4\,\text{δ}, multiplier les vergences donne −3 δ2-3\,\text{δ}^2, et additionner leurs valeurs absolues ignore le signe divergent de la seconde lentille.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 80 flashcards sur Œil et systèmes optiques.

Qu’est-ce qu’une lentille sphérique ?

Un composant optique transparent limité par deux dioptres sphériques, qui utilise la réfraction.

Comment s’appelle l’axe de révolution d’une lentille sphérique ?

L’axe optique.

Quel est le caractère optique des lentilles à bords minces ?

Elles sont convergentes.

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Approfondir avec la fiche

Consultez la fiche de révision complète sur Œil et systèmes optiques.

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