QCM : Lentilles minces convergentes — 16 questions

Questions et réponses du QCM

1. Que fait une lentille mince convergente lorsqu’elle reçoit un faisceau de rayons lumineux parallèles à l’axe optique ?

Elle le transmet sans modifier la direction des rayons lumineux
Elle le fait converger vers le centre optique O de la lentille
Elle le fait diverger depuis le foyer objet F situé à gauche de la lentille
Elle le fait converger vers le foyer image F' situé à droite de la lentille

Elle le fait converger vers le foyer image F' situé à droite de la lentille

Explication

Une lentille mince convergente dirige les rayons lumineux vers le point focal image F', placé à droite de la lentille. Le centre optique ne constitue pas le point de convergence général d’un faisceau parallèle.

2. Dans le modèle de l’œil réduit, quelle correspondance représente correctement les éléments de l’œil réel ?

La lentille représente le cristallin et l’écran représente la rétine
L’écran représente le cristallin et le diaphragme représente la rétine
Le diaphragme représente le cristallin et la lentille représente la rétine
La lentille représente la rétine et l’écran représente la pupille

La lentille représente le cristallin et l’écran représente la rétine

Explication

L’œil réduit modélise le cristallin par une lentille convergente et la rétine par un écran fixe par rapport à cette lentille. Le diaphragme complète le modèle en contrôlant l’ouverture optique.

3. Quel est le comportement d’un rayon lumineux qui traverse le centre optique O d’une lentille mince convergente ?

Il poursuit sa trajectoire sans être dévié
Il ressort parallèlement à l’axe optique
Il est réfléchi vers le foyer objet F
Il ressort en passant par le foyer image F'

Il poursuit sa trajectoire sans être dévié

Explication

Dans l’approximation de la lentille mince, un rayon passant par le centre optique O n’est pas dévié. Le passage par F' caractérise plutôt un rayon incident parallèle à l’axe optique.

4. Après une lentille convergente, où passe un rayon incident parallèle à l’axe optique ?

Par le foyer image F'
Par le centre optique O
Par le foyer objet F
Par un point situé sur l’axe à gauche de la lentille

Par le foyer image F'

Explication

Un rayon arrivant parallèlement à l’axe optique émerge en passant par le foyer image F'. Le foyer objet intervient dans la construction inverse, pour les rayons incidents qui le traversent.

5. Comment émerge un rayon incident qui passe par le foyer objet F d’une lentille convergente ?

Il ressort parallèlement à l’axe optique
Il ressort en passant par le foyer image F'
Il revient vers le foyer objet F après réflexion
Il continue vers le centre optique O en changeant de direction

Il ressort parallèlement à l’axe optique

Explication

Un rayon passant par le foyer objet F ressort parallèlement à l’axe optique. Le passage par F' concerne un rayon incident parallèle à cet axe, et non le rayon décrit ici.

6. Quelle distinction entre le foyer image F' et la distance focale image f' est correcte ?

F' est un rayon lumineux, tandis que f' est une lentille
F' est un point, tandis que f' est une longueur
F' est un objet, tandis que f' est une image formée
F' est une longueur, tandis que f' est un point

F' est un point, tandis que f' est une longueur

Explication

Le foyer image F' désigne une position précise sur l’axe optique, alors que f' mesure la distance entre le centre optique et ce foyer. Les deux notations ne représentent donc pas des grandeurs de même nature.

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

γ=A′B′−AB=OA′−OA\gamma = A'B' - AB = OA' - OA
γ=A′B′OA′=ABOA\gamma = \frac{A'B'}{OA'} = \frac{AB}{OA}
γ=ABA′B′=OA′OA\gamma = \frac{AB}{A'B'} = \frac{OA'}{OA}
γ=A′B′AB=OA′OA\gamma = \frac{A'B'}{AB} = \frac{OA'}{OA}

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

Explication

Le grandissement compare les tailles de l’image et de l’objet, ce qui équivaut au rapport algébrique de leurs positions. Une comparaison directe par soustraction ou un rapport inversé ne donne pas cette grandeur.

8. Quelle équation permet de relier la distance focale image aux positions de l’objet et de l’image ?

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

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

Explication

La relation de conjugaison relie les inverses de la distance focale, de la distance au foyer image et des positions algébriques de l’objet et de l’image. Le signe entre les termes associés à OA' et OA est une soustraction, conformément à la convention utilisée.

9. Quelle caractéristique permet d’identifier une image réelle formée par une lentille convergente ?

Elle se forme à droite de la lentille et peut être projetée sur un écran.
Elle se forme à droite de la lentille mais résulte de prolongements virtuels.
Elle se forme à gauche de la lentille et peut être projetée sur un écran.
Elle se forme à gauche de la lentille et résulte de rayons émergents convergents.

Elle se forme à droite de la lentille et peut être projetée sur un écran.

Explication

Une image réelle provient de rayons lumineux qui se rencontrent effectivement à droite de la lentille, ce qui permet sa projection sur un écran. Une image située à gauche et issue de prolongements virtuels possède au contraire un caractère virtuel.

10. Une image formée à gauche d’une lentille et impossible à projeter sur un écran est-elle réelle ou virtuelle, et pourquoi ?

Elle est réelle, car toute image située près de la lentille peut être observée.
Elle est virtuelle, car des rayons émergents se rencontrent réellement en ce point.
Elle est réelle, car elle se trouve du côté de l’objet lumineux.
Elle est virtuelle, car elle résulte du prolongement apparent de rayons réels.

Elle est virtuelle, car elle résulte du prolongement apparent de rayons réels.

Explication

Une image virtuelle se forme à gauche de la lentille par prolongement des rayons réels et ne peut pas être recueillie sur un écran. La rencontre effective des rayons émergents caractériserait plutôt une image réelle.

11. Que peut-on déduire du signe du grandissement d’une image ?

Un grandissement négatif indique une image réelle, tandis qu’un grandissement positif indique une image virtuelle.
Un grandissement négatif indique une image renversée, tandis qu’un grandissement positif indique une image droite.
Un grandissement négatif indique une image agrandie, tandis qu’un grandissement positif indique une image réduite.
Un grandissement négatif indique une image droite, tandis qu’un grandissement positif indique une image renversée.

Un grandissement négatif indique une image renversée, tandis qu’un grandissement positif indique une image droite.

Explication

Le signe du grandissement renseigne sur l’orientation : une valeur négative correspond à une image renversée et une valeur positive à une image droite. La valeur absolue du grandissement, et non son signe, indique la taille relative de l’image.

12. Un objet produit une image dont le grandissement vérifie ∣γ∣>1|\gamma| > 1. Quelle conclusion est correcte ?

L’image est plus petite que l’objet.
L’image possède nécessairement une orientation droite.
L’image est plus grande que l’objet.
L’image est nécessairement projetable sur un écran.

L’image est plus grande que l’objet.

Explication

Lorsque la valeur absolue du grandissement dépasse 11, la taille de l’image est supérieure à celle de l’objet. Cette information ne suffit pas à déterminer son orientation ni son caractère réel ou virtuel.

13. Lors d’une construction graphique de l’image A′B′A'B', quelle démarche permet de déterminer correctement la position de l’image ?

Tracer deux rayons issus de BB, repérer leur intersection en B′B', puis placer A′A' sur l’axe.
Tracer un seul rayon issu de AA, repérer son intersection en A′A', puis placer B′B' sur l’axe.
Tracer deux rayons issus de AA, repérer leur intersection en B′B', puis placer A′A' au foyer.
Tracer les rayons parallèles à l’axe, repérer leur intersection en A′A', puis placer B′B' verticalement.

Tracer deux rayons issus de $$B$$, repérer leur intersection en $$B'$$, puis placer $$A'$$ sur l’axe.

Explication

La construction utilise au moins deux rayons issus de BB : leur intersection donne B′B', puis A′A' se place sur l’axe optique à la verticale de B′B'. Dans le cas virtuel, cette intersection est obtenue avec les prolongements des rayons vers la gauche.

14. Quel trajet décrit correctement un rayon remarquable traversant le centre optique OO d’une lentille mince ?

Il arrive parallèlement à l’axe puis ressort en passant par le foyer objet FF.
Il traverse OO sans être dévié.
Il passe par le foyer objet FF puis ressort parallèlement à l’axe.
Il traverse OO puis passe par le foyer image F′F'.

Il traverse $$O$$ sans être dévié.

Explication

Un rayon passant par le centre optique OO d’une lentille mince n’est pas dévié. Les autres trajets décrivent deux autres règles de construction, mais ils ne correspondent pas au rayon traversant OO.

15. À quoi sert la méthode de Silbermann en optique géométrique ?

À vérifier expérimentalement la polarisation d’un faisceau lumineux.
À déterminer la nature chimique du matériau d’une lentille convergente.
À déterminer expérimentalement la distance focale d’une lentille convergente.
À mesurer graphiquement le grandissement d’une lentille divergente.

À déterminer expérimentalement la distance focale d’une lentille convergente.

Explication

La méthode de Silbermann est une méthode expérimentale utilisée pour déterminer la distance focale d’une lentille optique convergente. Elle ne sert pas à mesurer la polarisation, la composition chimique ou le grandissement d’une lentille divergente.

16. Dans quel type de situation la méthode de Silbermann est-elle pertinente ?

Dans une expérience visant à comparer la température de deux lentilles divergentes.
Dans une expérience visant à repérer la couleur dominante d’une source lumineuse.
Dans une expérience visant à calculer la masse d’un écran placé derrière la lentille.
Dans une expérience visant à mesurer la distance focale d’une lentille convergente.

Dans une expérience visant à mesurer la distance focale d’une lentille convergente.

Explication

La méthode de Silbermann concerne la détermination expérimentale de la distance focale d’une lentille convergente. Les autres situations portent sur des grandeurs qui ne définissent pas cette méthode.

Révisez avec les flashcards

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Qu'est-ce qu'une lentille mince convergente ?

Une lentille qui fait converger un faisceau lumineux vers un point F' à droite.

Quelle est l'orientation positive d'un rayon lumineux ?

Elle est dirigée vers la droite.

Comment est orienté un objet AB au-dessus de l'axe optique ?

De bas en haut.

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