QCM : Images, lentilles et couleurs — 20 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle caractéristique définit une lentille mince ?

Elle est limitée par deux surfaces, dont au moins une est sphérique, et son épaisseur est négligeable devant leurs rayons de courbure.
Elle est constituée d’une surface sphérique unique, et son épaisseur varie fortement selon l’axe optique.
Elle est opaque au centre, et ses deux faces possèdent nécessairement le même rayon de courbure.
Elle est limitée par deux surfaces planes, et son épaisseur est comparable aux rayons de courbure de ses faces.

Elle est limitée par deux surfaces, dont au moins une est sphérique, et son épaisseur est négligeable devant leurs rayons de courbure.

Explication

Une lentille mince est un milieu transparent limité par deux surfaces, dont au moins une est sphérique, avec une épaisseur négligeable devant les rayons de courbure. Une lentille peut comporter des surfaces courbes et son épaisseur n’est pas comparable à ces rayons.

2. Que devient un rayon lumineux qui traverse le centre optique O d’une lentille mince ?

Il ressort en passant nécessairement par le foyer image F’.
Il poursuit sa trajectoire sans être dévié.
Il est réfléchi vers le foyer objet F par la surface de la lentille.
Il ressort parallèlement à l’axe optique après avoir été dévié.

Il poursuit sa trajectoire sans être dévié.

Explication

Le centre optique O se situe sur l’axe optique et un rayon qui le traverse n’est pas dévié. Le passage par un foyer concerne d’autres rayons particuliers, notamment le rayon parallèle à l’axe.

3. Quel trajet suit un rayon incident parallèle à l’axe optique d’une lentille convergente ?

Il émerge en passant par le foyer image F’.
Il émerge en passant par le foyer objet F.
Il émerge parallèlement à l’axe optique après la lentille.
Il traverse le centre optique O sans changer de direction.

Il émerge en passant par le foyer image F’.

Explication

Un rayon incident parallèle à l’axe optique converge, après la lentille, vers le foyer image F’. Le rayon qui ressort parallèlement à l’axe est celui qui arrive en passant par le foyer objet F.

4. Quelle relation définit la distance focale image d’une lentille convergente ?

f′=FF′‾f' = \overline{FF'}, avec une expression sans unité.
f′=OF‾f' = \overline{OF}, avec une expression en degrés.
f′=1OF′‾f' = \frac{1}{\overline{OF'}}, avec une expression en mètres carrés.
f′=OF′‾f' = \overline{OF'}, avec une expression en mètres.

$$f' = \overline{OF'}$$, avec une expression en mètres.

Explication

La distance focale image est la distance algébrique OF′‾\overline{OF'} entre le centre optique et le foyer image, et elle s’exprime en mètres. La distance au foyer objet ou l’inverse de cette distance ne correspondent pas à la définition donnée.

5. Quelle relation permet de relier les positions d’un objet et de son image pour une lentille convergente ?

1OA′‾−1OA‾=1OF′‾\frac{1}{\overline{OA'}}-\frac{1}{\overline{OA}}=\frac{1}{\overline{OF'}}
OA′‾−OA‾=1OF′‾\overline{OA'}-\overline{OA}=\frac{1}{\overline{OF'}}
1OA′‾+1OA‾=OF′‾\frac{1}{\overline{OA'}}+\frac{1}{\overline{OA}}=\overline{OF'}
OA′‾OA‾=1OF′‾\frac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}=\frac{1}{\overline{OF'}}

$$\frac{1}{\overline{OA'}}-\frac{1}{\overline{OA}}=\frac{1}{\overline{OF'}}$$

Explication

La relation de conjugaison utilise les inverses des distances algébriques et s’écrit 1OA′‾−1OA‾=1OF′‾\frac{1}{\overline{OA'}}-\frac{1}{\overline{OA}}=\frac{1}{\overline{OF'}}. Le grandissement, lui, correspond au rapport des distances OA′‾OA‾\frac{\overline{OA'}}{\overline{OA}} et ne remplace pas cette relation.

6. Quelle expression donne le grandissement d’une lentille mince ?

γ=AB‾A′B′‾=OF′‾OA′‾\gamma=\frac{\overline{AB}}{\overline{A'B'}}=\frac{\overline{OF'}}{\overline{OA'}}
γ=A′B′‾AB‾=OA′‾OA‾\gamma=\frac{\overline{A'B'}}{\overline{AB}}=\frac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}
γ=1A′B′‾+1AB‾=OF′‾\gamma=\frac{1}{\overline{A'B'}}+\frac{1}{\overline{AB}}=\overline{OF'}
γ=A′B′‾−AB‾=OA′‾−OA‾\gamma=\overline{A'B'}-\overline{AB}=\overline{OA'}-\overline{OA}

$$\gamma=\frac{\overline{A'B'}}{\overline{AB}}=\frac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}$$

Explication

Le grandissement compare la taille de l’image à celle de l’objet et s’exprime aussi par le rapport des positions, γ=A′B′‾AB‾=OA′‾OA‾\gamma=\frac{\overline{A'B'}}{\overline{AB}}=\frac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}. La distance focale caractérise la lentille, mais elle ne constitue pas directement la définition du grandissement.

7. Une lentille forme une image avec un grandissement γ=−0,5\gamma=-0{,}5. Comment caractériser cette image ?

Elle est droite et de même taille que l’objet.
Elle est renversée et deux fois plus petite que l’objet.
Elle est renversée et deux fois plus grande que l’objet.
Elle est droite et deux fois plus petite que l’objet.

Elle est renversée et deux fois plus petite que l’objet.

Explication

Un grandissement négatif indique une image renversée, tandis que ∣γ∣=0,5<1|\gamma|=0{,}5<1 indique une image plus petite, ici deux fois plus petite. Un grandissement positif aurait indiqué une image droite.

8. Quel rôle jouent les cellules photosensibles de la rétine dans la vision ?

Elles transportent les signaux électriques vers l’œil, tandis que la rétine reçoit les informations du nerf optique.
Elles produisent les couleurs perçues, puis le cristallin transmet directement ces couleurs au cerveau.
Elles amplifient la lumière reçue, puis la cornée convertit cette lumière en message nerveux.
Elles transforment l’information lumineuse en signal électrique transmis ensuite au cerveau par le nerf optique.

Elles transforment l’information lumineuse en signal électrique transmis ensuite au cerveau par le nerf optique.

Explication

Les cellules photosensibles de la rétine convertissent la lumière en signal électrique, qui est ensuite transmis au cerveau par le nerf optique. Le nerf optique assure donc la transmission du signal, et non sa conversion initiale.

9. Quelle distinction entre les bâtonnets et les cônes est correcte ?

Les bâtonnets détectent les couleurs dans l’obscurité, tandis que les cônes interviennent principalement dans la transmission nerveuse.
Les bâtonnets et les cônes détectent les mêmes luminosités, mais seuls les bâtonnets transmettent les signaux au cerveau.
Les bâtonnets fonctionnent aux fortes luminosités et distinguent les couleurs, tandis que les cônes assurent la vision en faible lumière.
Les bâtonnets fonctionnent aux faibles luminosités sans percevoir les couleurs, tandis que les cônes nécessitent davantage de lumière et permettent la vision colorée.

Les bâtonnets fonctionnent aux faibles luminosités sans percevoir les couleurs, tandis que les cônes nécessitent davantage de lumière et permettent la vision colorée.

Explication

Les bâtonnets sont adaptés aux faibles luminosités mais sont insensibles aux couleurs, alors que les cônes sont actifs avec de fortes luminosités et permettent la vision des couleurs. Les cônes et les bâtonnets sont tous deux des photorécepteurs, et le nerf optique transmet leurs signaux.

10. Pourquoi la présence de trois types de cônes permet-elle une vision trichromatique ?

Parce que ces cônes sont respectivement sensibles aux lumières bleue, verte et rouge.
Parce que chaque cône possède trois rétines distinctes sensibles à une même couleur.
Parce que les cônes perçoivent trois niveaux de luminosité sans distinguer les longueurs d’onde.
Parce que les bâtonnets ajoutent deux sensibilités colorées aux cônes sensibles à la lumière blanche.

Parce que ces cônes sont respectivement sensibles aux lumières bleue, verte et rouge.

Explication

La vision trichromatique repose sur trois types de cônes, dont les sensibilités correspondent respectivement aux lumières bleue, verte et rouge. Les bâtonnets participent à la vision en faible luminosité, mais ils ne fournissent pas ces trois sensibilités colorées.

11. Quel phénomène caractérise la synthèse additive des couleurs ?

La superposition de lumières colorées
La réflexion de toutes les lumières reçues
La transmission d’une seule lumière colorée
L’absorption de lumières par des pigments

La superposition de lumières colorées

Explication

La synthèse additive repose sur la superposition de lumières colorées, dont les contributions se combinent dans l’œil. L’absorption par des pigments relève plutôt de la synthèse soustractive.

12. Quelles sont les couleurs primaires utilisées en synthèse additive ?

Le cyan, le magenta et le vert
Le rouge, le vert et le bleu
Le jaune, le cyan et le magenta
Le rouge, le jaune et le bleu

Le rouge, le vert et le bleu

Explication

La synthèse additive utilise comme couleurs primaires le rouge, le vert et le bleu, qui sont des lumières. Le jaune, le cyan et le magenta sont les couleurs primaires de la synthèse soustractive.

13. Quand deux couleurs sont-elles dites complémentaires en synthèse additive ?

Lorsque leur addition produit du blanc
Lorsqu’elles absorbent les mêmes lumières
Lorsque leur mélange produit du noir
Lorsqu’elles transmettent une lumière identique

Lorsque leur addition produit du blanc

Explication

Deux couleurs sont complémentaires en synthèse additive lorsque la superposition de leurs lumières produit du blanc. La production du noir caractérise plutôt la complémentarité en synthèse soustractive.

14. Quelle lumière un filtre coloré laisse-t-il parvenir à l’œil ?

La lumière qu’il transmet
La lumière qu’il absorbe
Toutes les lumières incidentes
La lumière réfléchie par l’arrière-plan

La lumière qu’il transmet

Explication

Un filtre coloré transmet certaines couleurs et absorbe les autres ; la couleur perçue correspond à la lumière transmise jusqu’à l’œil. La lumière absorbée ne contribue pas directement à la perception.

15. Quelles lumières un filtre cyan transmet-il ?

Le vert et le bleu
Le rouge, le vert et le bleu
Le rouge et le bleu
Le rouge et le vert

Le vert et le bleu

Explication

Un filtre cyan transmet le vert et le bleu, tandis qu’il absorbe le rouge. Le rouge et le vert correspondent au comportement d’un filtre jaune.

16. Comment un écran produit-il une couleur perçue à partir de ses pixels ?

Ses pixels transmettent une couleur unique choisie par le filtre frontal
Ses pigments jaune, cyan et magenta absorbent des lumières différentes
Ses surfaces diffusent toutes les radiations reçues vers le cerveau
Ses luminophores rouge, vert et bleu s’allument avec des intensités variables

Ses luminophores rouge, vert et bleu s’allument avec des intensités variables

Explication

Chaque pixel associe trois luminophores rouge, vert et bleu dont l’intensité varie ; leur proximité conduit le cerveau à les synthétiser en une couleur. Les pigments et les encres fonctionnent plutôt par synthèse soustractive.

17. À quel phénomène la synthèse soustractive est-elle liée, et quelles sont ses couleurs primaires ?

À la diffusion des lumières ; le rouge, le jaune et le bleu
À l’absorption des lumières ; le jaune, le cyan et le magenta
À la transmission des lumières ; le cyan, le vert et le magenta
À la superposition des lumières ; le rouge, le vert et le bleu

À l’absorption des lumières ; le jaune, le cyan et le magenta

Explication

La synthèse soustractive est liée à l’absorption de lumières colorées et utilise le jaune, le cyan et le magenta comme couleurs primaires. La superposition de lumières rouge, verte et bleue décrit la synthèse additive.

18. Quand deux couleurs sont-elles complémentaires en synthèse soustractive ?

Lorsque leur addition lumineuse donne du blanc
Lorsqu’elles transmettent ensemble toutes les couleurs
Lorsque leur combinaison donne du noir
Lorsqu’elles diffusent les mêmes radiations

Lorsque leur combinaison donne du noir

Explication

En synthèse soustractive, deux couleurs sont complémentaires lorsque leur combinaison absorbe les lumières de façon à produire du noir. La production du blanc correspond à la complémentarité en synthèse additive.

19. Que peut faire un objet éclairé lorsqu’il reçoit de la lumière ?

La diffuser, l’absorber ou la transmettre s’il est transparent
La diffuser dans une direction, sans pouvoir en absorber une partie
La réfléchir vers l’œil, puis la transformer en lumière blanche
La produire, la colorer ou la transmettre vers une source

La diffuser, l’absorber ou la transmettre s’il est transparent

Explication

Un objet éclairé peut diffuser la lumière dans plusieurs directions, en absorber une partie ou la transmettre lorsqu’il est transparent et traversable par la lumière. Un objet n’est donc pas limité à la diffusion.

20. Comment se comportent respectivement un objet blanc, un objet noir et un objet coloré ?

Le blanc absorbe toutes les radiations, le noir les diffuse toutes et le coloré les transmet toutes
Le blanc transmet toutes les radiations, le noir les réfléchit toutes et le coloré en absorbe une partie
Le blanc diffuse toutes les radiations, le noir les absorbe toutes et le coloré en diffuse une partie
Le blanc diffuse une radiation, le noir en transmet une et le coloré absorbe toutes les autres

Le blanc diffuse toutes les radiations, le noir les absorbe toutes et le coloré en diffuse une partie

Explication

Un objet blanc diffuse toutes les radiations reçues, un objet noir les absorbe toutes et un objet coloré en diffuse une partie tout en absorbant l’autre. La couleur d’un objet coloré vient donc d’une sélection des radiations diffusées.

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Qu'est-ce qu'une lentille mince ?

Un milieu transparent limité par deux surfaces avec épaisseur négligeable.

Où se situe le centre optique O d'une lentille ?

Sur l'axe optique, au centre de la lentille.

Qu'arrive-t-il à un rayon lumineux traversant le centre optique O ?

Il n'est pas dévié.

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