QCM : Images par lentille convergente — 15 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quel trajet suit un rayon lumineux qui traverse le centre optique O d’une lentille convergente ?

Il poursuit sa trajectoire sans être dévié
Il devient parallèle à l’axe optique après la lentille
Il est réfléchi vers le foyer objet de la lentille
Il converge vers le foyer image après la lentille

Il poursuit sa trajectoire sans être dévié

Explication

Le centre optique O est le point de la lentille par lequel un rayon passe sans déviation. Un rayon parallèle à l’axe converge vers le foyer image, mais ce n’est pas la propriété du rayon passant par O.

2. Quelle est la caractéristique de la distance focale f′f' d’une lentille convergente ?

Elle est positive et relie algébriquement O à F'
Elle est négative et mesure l’épaisseur de la lentille
Elle est négative et relie algébriquement O à F'
Elle est positive et mesure la hauteur de l’image

Elle est positive et relie algébriquement O à F'

Explication

Pour une lentille convergente, f′f' est la distance algébrique entre le centre optique O et le foyer image F', avec une valeur positive. La hauteur de l’image et l’épaisseur de la lentille ne définissent pas cette distance.

3. Où se situe le foyer image F' d’une lentille convergente ?

Au centre optique où les rayons traversent la lentille sans déviation
À l’intersection de deux rayons quelconques issus du foyer objet
Au point d’où semblent provenir les rayons émergents parallèles
À l’endroit où convergent les rayons incidents parallèles à l’axe

À l’endroit où convergent les rayons incidents parallèles à l’axe

Explication

Le foyer image F' est le point de convergence, après la lentille, des rayons incidents parallèles à l’axe optique. Le centre optique correspond à un autre comportement, celui du rayon non dévié.

4. Comment détermine-t-on la position de l’image lors d’une construction géométrique avec les rayons principaux ?

On utilise trois rayons indépendants dont chacun fixe une image différente
On repère l’intersection de deux rayons principaux issus du point objet
On prolonge un seul rayon principal jusqu’à l’axe optique
On mesure la distance entre l’objet et la lentille sans tracer de rayon

On repère l’intersection de deux rayons principaux issus du point objet

Explication

Deux rayons principaux suffisent pour localiser l’image, car leur intersection donne sa position. Le troisième rayon sert à vérifier la construction plutôt qu’à fournir une position différente.

5. Quel rôle joue le troisième rayon particulier dans une construction géométrique déjà réalisée avec deux rayons ?

Il vérifie la cohérence de la position d’image obtenue
Il détermine une seconde position possible pour l’image
Il mesure directement le grandissement sans utiliser de longueur
Il remplace le foyer image lorsque celui-ci est absent du schéma

Il vérifie la cohérence de la position d’image obtenue

Explication

Le troisième rayon permet de vérifier la construction après que deux rayons ont localisé l’image. Il ne crée pas une seconde image et ne mesure pas directement le grandissement.

6. Quelle relation de conjugaison utilise les positions algébriques de l’objet et de l’image pour une lentille convergente ?

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

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

Explication

La relation de conjugaison relie les positions algébriques par la différence des inverses des distances orientées, égale à l’inverse de f′f'. Une addition ou un simple rapport ne respecte pas cette relation optique.

7. Que représente le grandissement γ\gamma d’une lentille ?

Le rapport algébrique entre la taille de l’image et celle de l’objet
La distance séparant le centre optique du foyer image
La différence algébrique entre les positions de l’objet et de l’image
L’inverse de la distance focale exprimée en mètres

Le rapport algébrique entre la taille de l’image et celle de l’objet

Explication

Le grandissement vérifie γ=−OA′‾OA‾=A′B′‾AB‾\gamma=-\frac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}=\frac{\overline{A'B'}}{\overline{AB}} et caractérise le rapport de taille entre l’image et l’objet. L’inverse de la distance focale correspond à la convergence de la lentille.

8. Une lentille convergente possède une distance focale f′=0,20 mf'=0{,}20\ \text{m}. Quelle est sa convergence ?

20 dioptries20\ \text{dioptries}
4,80 dioptries4{,}80\ \text{dioptries}
0,20 dioptrie0{,}20\ \text{dioptrie}
5 dioptries5\ \text{dioptries}

$$5\ \text{dioptries}$$

Explication

La convergence se calcule avec C=1f′C=\frac{1}{f'}, donc C=10,20=5 dioptriesC=\frac{1}{0{,}20}=5\ \text{dioptries}. La distance focale doit être exprimée en mètres et ne constitue pas directement la valeur de la convergence.

9. Comment distinguer une image réelle d’une image virtuelle produite par une lentille convergente ?

Une image réelle est agrandie, tandis qu’une image virtuelle possède une taille inchangée
Une image réelle peut être projetée sur un écran, tandis qu’une image virtuelle est observée à travers la lentille
Une image réelle se forme avant la lentille, tandis qu’une image virtuelle se forme après la lentille
Une image réelle est toujours droite, tandis qu’une image virtuelle est toujours renversée

Une image réelle peut être projetée sur un écran, tandis qu’une image virtuelle est observée à travers la lentille

Explication

Une image réelle correspond effectivement à une convergence des rayons après la lentille et peut être recueillie sur un écran. Une image virtuelle semble se former avant la lentille et ne peut pas être projetée sur un écran.

10. Une personne place un petit objet entre le foyer objet FF et le centre optique OO d’une lentille convergente ; quel dispositif exploite cette configuration ?

Un projecteur, qui donne une image réelle, renversée et réduite
Un projecteur, qui donne une image réelle, droite et réduite
Un appareil photo, qui donne une image virtuelle, renversée et agrandie
Une loupe, qui donne une image virtuelle, droite et agrandie

Une loupe, qui donne une image virtuelle, droite et agrandie

Explication

Une loupe fonctionne avec un objet placé entre FF et OO et fournit une image virtuelle, droite et agrandie. Le projecteur nécessite une position de l’objet entre FF et 2F2F et forme une image réelle.

11. Pour qu’un projecteur forme une image réelle agrandie et renversée, où faut-il placer l’objet par rapport à une lentille convergente ?

Entre le foyer objet FF et le point 2F2F
Directement au foyer objet FF de la lentille
Entre le foyer objet FF et le centre optique OO
Au-delà du point 2F2F, du côté de l’objet

Entre le foyer objet $$F$$ et le point $$2F$$

Explication

Un projecteur utilise un objet placé entre FF et 2F2F, ce qui produit une image réelle, agrandie et renversée. Une position entre FF et OO correspond plutôt au fonctionnement d’une loupe.

12. Quelle procédure permet de mesurer expérimentalement la distance focale d’une lentille sur un banc optique ?

Mesurer directement le diamètre de la lentille, puis prendre sa moitié comme distance focale
Placer l’objet au foyer supposé, observer l’image floue et déduire la focale sans calcul
Fixer l’écran à une position arbitraire, relever les graduations et comparer la luminosité obtenue
Placer un objet lumineux, régler l’écran jusqu’à obtenir une image nette, relever les positions et appliquer la relation de conjugaison

Placer un objet lumineux, régler l’écran jusqu’à obtenir une image nette, relever les positions et appliquer la relation de conjugaison

Explication

La méthode consiste à modifier la distance de l’objet, rechercher une image nette avec l’écran, relever les positions puis utiliser la relation de conjugaison pour calculer f′f' et estimer l’incertitude. Une lecture sans réglage de la netteté ne fournit pas correctement la position de l’image.

13. Que représente l’incertitude associée à une mesure expérimentale ?

Une valeur centrale obtenue après avoir supprimé toutes les erreurs de mesure
La différence entre la position de l’objet et celle de l’écran sur le banc optique
Une correction appliquée à la focale pour rendre toutes les mesures identiques
Une plage de valeurs dans laquelle la valeur vraie de la grandeur peut se trouver

Une plage de valeurs dans laquelle la valeur vraie de la grandeur peut se trouver

Explication

L’incertitude est un intervalle qui tient compte des imprécisions expérimentales et dans lequel la valeur vraie est susceptible de se situer. Elle ne correspond pas à la valeur centrale elle-même, qui est fournie par la mesure.

14. Un objet de hauteur 2 cm2\ \text{cm} est placé à 30 cm30\ \text{cm} d’une lentille de distance focale 20 cm20\ \text{cm} ; quelles caractéristiques décrit l’image obtenue ?

Elle se forme à 60 cm60\ \text{cm}, mesure 4 cm4\ \text{cm} et est renversée
Elle se forme à 40 cm40\ \text{cm}, mesure 2 cm2\ \text{cm} et est droite
Elle se forme à 20 cm20\ \text{cm}, mesure 4 cm4\ \text{cm} et est droite
Elle se forme à 60 cm60\ \text{cm}, mesure 2 cm2\ \text{cm} et est renversée

Elle se forme à $$60\ \text{cm}$$, mesure $$4\ \text{cm}$$ et est renversée

Explication

Dans cette configuration numérique, l’image est située à 60 cm60\ \text{cm}, sa hauteur vaut 4 cm4\ \text{cm} et elle est renversée. La distance image positive ne doit pas être confondue avec la distance objet, qui est négative dans la convention algébrique utilisée.

15. Pour photographier un paysage très éloigné avec une lentille de focale 5 cm5\ \text{cm}, où l’image se forme-t-elle ?

À une distance indéterminée, car un paysage éloigné ne forme pas d’image
Au centre optique, à 5 cm5\ \text{cm} devant la lentille
Au foyer image, à 5 cm5\ \text{cm} derrière la lentille
Au foyer objet, à 10 cm10\ \text{cm} derrière la lentille

Au foyer image, à $$5\ \text{cm}$$ derrière la lentille

Explication

Pour un objet très éloigné, les rayons incidents sont pratiquement parallèles et convergent au foyer image. L’image se forme donc à 5 cm5\ \text{cm} derrière la lentille.

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Mémorisez les réponses avec 31 flashcards sur Images par lentille convergente.

Qu'est-ce que le centre optique O d'une lentille ?

Le point central de la lentille sur l’axe optique.

Par quel point passe tout rayon sans déviation dans une lentille ?

Le centre optique O.

Qu'appelle-t-on la distance focale f' d'une lentille convergente ?

La distance entre le centre optique O et le foyer image F'.

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