QCM : Lentilles et vision — 18 questions

Questions et réponses du QCM

1. Comment distingue-t-on une lentille convergente d’une lentille divergente par la forme de leurs bords ?

Les deux lentilles ont des bords plus épais que leur centre, mais diffèrent par leur matériau
La lentille convergente a des bords plus épais que son centre, tandis que la divergente a des bords plus fins
La lentille convergente a des bords plus fins que son centre, tandis que la divergente a des bords plus épais
Les deux lentilles ont des bords plus fins que leur centre, mais diffèrent par leur diamètre

La lentille convergente a des bords plus fins que son centre, tandis que la divergente a des bords plus épais

Explication

Une lentille convergente est plus épaisse au centre qu’aux bords, tandis qu’une lentille divergente présente la disposition inverse. La confusion vient de l’expression « lentille mince », qui décrit une faible épaisseur et ne permet pas à elle seule de déterminer le type de lentille.

2. Quelle description définit correctement une lentille en optique ?

Un milieu transparent limité par deux surfaces sphériques, ou par une surface sphérique et une surface plane
Un milieu opaque limité par deux surfaces planes, qui absorbe les rayons lumineux
Un matériau transparent constitué de deux faces parallèles sans effet sur la lumière
Une surface réfléchissante plane qui modifie la direction de la lumière incidente

Un milieu transparent limité par deux surfaces sphériques, ou par une surface sphérique et une surface plane

Explication

Une lentille est un milieu transparent délimité par deux surfaces sphériques, ou par une surface sphérique et une surface plane, qui modifie le trajet de la lumière. Une surface réfléchissante ou deux faces planes parallèles ne correspondent pas à cette définition.

3. Que devient un faisceau de rayons incidents parallèles à l’axe après son passage dans une lentille convergente ?

Il ressort parallèle à l’axe après avoir traversé le centre optique O
Il converge vers le foyer principal image F’ situé derrière la lentille
Il diverge à partir du foyer principal image F’ situé derrière la lentille
Il converge vers le foyer principal objet F situé devant la lentille

Il converge vers le foyer principal image F’ situé derrière la lentille

Explication

Les rayons incidents parallèles à l’axe optique se rejoignent après la lentille au foyer principal image F’. Le foyer objet F se situe devant la lentille et concerne le rayon qui émergera parallèle à l’axe.

4. Quel est l’effet d’un rayon incident qui passe par le foyer principal objet F d’une lentille convergente ?

Il ressort de la lentille en s’écartant progressivement de l’axe
Il traverse le centre optique O sans changer de direction
Il émerge de la lentille parallèlement à l’axe optique
Il converge vers le foyer principal image F’ après la lentille

Il émerge de la lentille parallèlement à l’axe optique

Explication

Le foyer principal objet F est défini comme le point d’où un rayon incident doit partir pour émerger parallèlement à l’axe optique. Le foyer image F’ concerne plutôt les rayons parallèles qui arrivent sur la lentille.

5. Quel comportement présente un faisceau cylindrique de rayons parallèles après son passage dans une lentille à bords minces ?

Il reste cylindrique en conservant une direction parallèle à l’axe
Il est réfléchi vers la lentille en changeant de sens de propagation
Il devient convergent en se dirigeant vers une zone de l’axe optique
Il devient divergent en s’écartant progressivement de l’axe optique

Il devient convergent en se dirigeant vers une zone de l’axe optique

Explication

Une lentille à bords minces est convergente : elle transforme un faisceau cylindrique de rayons parallèles en faisceau convergent. Une lentille divergente produirait au contraire un faisceau qui s’écarte.

6. Que fait un rayon incident qui traverse le centre optique O d’une lentille convergente ?

Il émerge parallèlement à l’axe après avoir été réorienté
Il est dévié vers le foyer principal image F’ après la lentille
Il est réfléchi par la lentille dans la direction opposée
Il émerge sans être dévié et conserve sa direction

Il émerge sans être dévié et conserve sa direction

Explication

Dans la construction géométrique, un rayon passant par le centre optique O d’une lentille convergente est considéré comme non dévié. Les rayons parallèles à l’axe, eux, sont dirigés vers le foyer image F’.

7. Quelle méthode permet de construire géométriquement l’image A’B’ d’un objet AB ?

Tracer deux rayons parallèles issus de A, repérer leur intersection avec la lentille, puis placer A’ en B’
Tracer un seul rayon issu de A, repérer son intersection avec l’axe, puis placer B’ sur l’axe
Tracer au moins deux rayons particuliers issus de B, repérer leur intersection B’, puis placer A’ sur l’axe
Tracer les rayons issus de B sans les prolonger, puis placer A’ perpendiculairement à l’axe

Tracer au moins deux rayons particuliers issus de B, repérer leur intersection B’, puis placer A’ sur l’axe

Explication

La construction repose sur au moins deux rayons particuliers issus de B : leur intersection détermine B’, puis A’ est placé sur l’axe en conservant le parallélisme entre AB et A’B’. Un seul rayon ne suffit pas à localiser l’image avec certitude.

8. Pour un objet placé à une distance telle que f′<OA<2×f′f' < OA < 2 \times f', quelles sont les caractéristiques de l’image formée par une lentille convergente ?

Elle est virtuelle, agrandie et droite.
Elle est réelle, rétrécie et renversée.
Elle est virtuelle, rétrécie et droite.
Elle est réelle, agrandie et renversée.

Elle est réelle, agrandie et renversée.

Explication

Dans cet intervalle, l’image se forme au-delà de 2f′2f' et elle est réelle, agrandie et renversée. Une image rétrécie correspond à une distance supérieure à 2f′2f', tandis qu’une image virtuelle et droite apparaît dans une autre configuration.

9. Une lentille convergente reçoit un objet situé à une distance OA>2×f′OA > 2 \times f'. Quelle image obtient-on ?

Une image virtuelle, rétrécie et droite.
Une image réelle, agrandie et renversée.
Une image virtuelle, agrandie et droite.
Une image réelle, rétrécie et renversée.

Une image réelle, rétrécie et renversée.

Explication

Lorsque l’objet est placé au-delà de 2f′2f', l’image formée est réelle, rétrécie et renversée. L’image agrandie correspond à une distance comprise entre f′f' et 2f′2f', et non à cette position.

10. Quelle expression définit le grandissement d’une image, avec les deux longueurs exprimées dans la même unité ?

γ=A′B′×AB\gamma = A'B' \times AB
γ=ABA′B′\gamma = \frac{AB}{A'B'}
γ=A′B′AB\gamma = \frac{A'B'}{AB}
γ=A′B′+AB\gamma = A'B' + AB

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

Explication

Le grandissement compare la taille de l’image à celle de l’objet par le rapport A′B′AB\frac{A'B'}{AB}. Ce rapport est sans unité, contrairement aux longueurs qui le composent.

11. Une image possède un grandissement tel que ∣γ∣=0,6|\gamma| = 0{,}6. Comment sa taille se compare-t-elle à celle de l’objet ?

Elle est nécessairement virtuelle et droite.
Elle a la même taille que l’objet.
Elle est rétrécie par rapport à l’objet.
Elle est agrandie par rapport à l’objet.

Elle est rétrécie par rapport à l’objet.

Explication

Une valeur absolue du grandissement inférieure à un indique une image rétrécie. La valeur de ∣γ∣|\gamma| renseigne sur la taille relative, mais ne suffit pas à déterminer à elle seule si l’image est virtuelle ou droite.

12. Quelle relation exprime le grandissement à partir des distances orientées et des hauteurs correspondantes, conformément au théorème de Thalès ?

γ=OAOA′=ABA′B′\gamma = \frac{OA}{OA'} = \frac{AB}{A'B'}
γ=OA′OA=A′B′AB\gamma = \frac{OA'}{OA} = \frac{A'B'}{AB}
γ=OA′×OA=A′B′×AB\gamma = OA' \times OA = A'B' \times AB
γ=OA′+OA=A′B′+AB\gamma = OA' + OA = A'B' + AB

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

Explication

Le théorème de Thalès conduit à l’égalité entre le rapport des distances orientées et celui des hauteurs, soit γ=OA′OA=A′B′AB\gamma = \frac{OA'}{OA} = \frac{A'B'}{AB}. Inverser ces rapports donnerait l’inverse du grandissement.

13. Dans le modèle optique de l’œil réduit, quels éléments jouent respectivement le rôle d’une lentille convergente, d’un écran et d’un diaphragme ?

La rétine ; la cornée et le cristallin ; l’iris et la pupille.
La cornée et l’iris ; le cristallin ; la rétine et la pupille.
L’iris et la pupille ; la rétine ; la cornée et le cristallin.
La cornée et le cristallin ; la rétine ; l’iris et la pupille.

La cornée et le cristallin ; la rétine ; l’iris et la pupille.

Explication

La cornée et le cristallin sont assimilés à une lentille convergente, la rétine à un écran plan, et l’iris ainsi que la pupille à un diaphragme. La rétine ne contrôle donc pas la quantité de lumière comme le ferait un diaphragme.

14. Dans le modèle optique de l’œil, à quelle condition un objet est-il vu correctement ?

Son image se forme devant la rétine.
Son image se forme derrière la rétine.
Son image se forme sur la rétine.
Son image traverse la pupille sans être focalisée.

Son image se forme sur la rétine.

Explication

La vision est correcte lorsque le cristallin forme une image nette directement sur la rétine. Une image située devant ou derrière la rétine ne se forme pas au niveau de l’écran rétinien et apparaît floue.

15. Pour regarder un objet très éloigné, dans quelle condition le cristallin forme-t-il l’image nette sur la rétine ?

Il se contracte fortement et sa distance focale devient supérieure à la distance rétinienne.
Il s’aplatit afin de former une image virtuelle devant la rétine.
Il se contracte légèrement et sa distance focale devient inférieure à la distance rétinienne.
Il reste au repos et sa distance focale égale la distance jusqu’à la rétine.

Il reste au repos et sa distance focale égale la distance jusqu’à la rétine.

Explication

Pour un objet à l’infini, les rayons arrivent parallèlement et le cristallin au repos les focalise sur la rétine lorsque sa distance focale correspond à la distance cristallin-rétine. La contraction du cristallin intervient dans l’accommodation nécessaire à la vision de près.

16. Que se passe-t-il dans l’œil lorsqu’une personne fixe un objet proche ?

Le cristallin se déforme, devient moins convergent et réduit sa distance focale.
Le cristallin reste au repos, devient moins convergent et augmente sa distance focale.
Le cristallin se déforme, devient plus convergent et réduit sa distance focale.
Le cristallin reste au repos, devient plus convergent et conserve sa distance focale.

Le cristallin se déforme, devient plus convergent et réduit sa distance focale.

Explication

Pour former l’image d’un objet proche sur la rétine, le cristallin se déforme et devient plus convergent, ce qui diminue sa distance focale. La vision de loin correspond plutôt à l’utilisation du cristallin au repos, et non à cette accommodation.

17. Chez une personne myope, où se forme l’image d’un objet situé à l’infini avant correction ?

Devant la rétine, car la distance focale au repos est trop longue.
Sur la rétine, car la distance focale au repos est adaptée.
Derrière la rétine, car la distance focale au repos est trop longue.
Devant la rétine, car la distance focale au repos est trop courte.

Devant la rétine, car la distance focale au repos est trop courte.

Explication

La myopie est liée à une distance focale au repos inférieure à la distance entre le cristallin et la rétine, de sorte que l’image se forme devant celle-ci. Une lentille divergente permet ensuite de corriger ce défaut en modifiant la convergence des rayons.

18. Quelle correction optique convient à un œil hypermétrope ?

Une lentille divergente, puisque l’image se forme derrière la rétine.
Une lentille convergente, puisque l’image se forme derrière la rétine.
Une lentille convergente, puisque l’image se forme devant la rétine.
Une lentille divergente, puisque l’image se forme devant la rétine.

Une lentille convergente, puisque l’image se forme derrière la rétine.

Explication

Dans l’hypermétropie, la distance focale au repos est supérieure à la distance cristallin-rétine et l’image se forme derrière la rétine. Une lentille convergente augmente la convergence des rayons afin de ramener l’image sur la rétine.

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Qu'est-ce qu'une lentille en optique ?

Un milieu transparent limité par deux surfaces sphériques ou une sphérique et une plane qui agit sur la lumière.

Comment distinguer une lentille convergente de ses bords ?

Ses bords sont plus fins que son centre.

Comment distinguer une lentille divergente de ses bords ?

Ses bords sont plus épais que son centre.

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