QCM : Lentilles minces et applications — 27 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle caractéristique permet de qualifier une lentille de lentille mince ?

Son épaisseur est faible devant ses autres dimensions
Sa transparence est faible devant ses autres dimensions
Sa masse est faible devant celle du support
Son diamètre est faible devant la longueur focale

Son épaisseur est faible devant ses autres dimensions

Explication

Une lentille mince est définie par une épaisseur faible comparée à ses autres dimensions, ce qui permet de négliger certains effets liés à son encombrement. La transparence concerne la transmission de la lumière et ne suffit pas à distinguer une lentille mince d’une lentille épaisse.

2. Comment distinguer une lentille mince convergente d’une lentille mince divergente par leur forme ?

La convergente et la divergente ont des bords d’épaisseur identique
La convergente a les bords plus épais que le milieu, tandis que la divergente a les bords plus minces
La convergente possède un milieu plus mince, tandis que la divergente possède un milieu plus épais
La convergente a les bords plus minces que le milieu, tandis que la divergente a les bords plus épais

La convergente a les bords plus minces que le milieu, tandis que la divergente a les bords plus épais

Explication

Une lentille convergente est plus épaisse au centre qu’aux bords, tandis qu’une lentille divergente est plus épaisse aux bords qu’au centre. La forme inverse attribuée aux deux lentilles constitue la confusion classique.

3. Dans quelle situation un système optique est-il approximativement stigmatique pour un couple de points ?

Les rayons incidents provenant de points différents se croisent sur l’axe
Les rayons émergents s’éloignent du point image dans toutes les directions
Les rayons issus du point objet restent parallèles après leur traversée
Les rayons issus du point objet émergent au voisinage du point image

Les rayons issus du point objet émergent au voisinage du point image

Explication

Le stigmatisme approximatif signifie que les rayons incidents passant par le point objet émergent en passant près du point image. Le parallélisme des rayons après traversée décrit une autre propriété optique et ne définit pas le stigmatisme.

4. Quelles conditions permettent d’appliquer l’approximation de Gauss à une lentille ?

Les rayons passent tous par le centre optique sans changer de direction
Les rayons sont éloignés de l’axe optique et fortement inclinés
Les rayons traversent la lentille en restant parallèles à l’axe
Les rayons sont proches de l’axe optique et faiblement inclinés

Les rayons sont proches de l’axe optique et faiblement inclinés

Explication

L’approximation de Gauss concerne les rayons paraxiaux, c’est-à-dire proches de l’axe optique et peu inclinés par rapport à celui-ci. Le passage par le centre optique décrit une propriété particulière d’un rayon, pas une condition générale de l’approximation de Gauss.

5. Que devient un rayon incident passant par le centre optique d’une lentille mince ?

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

Il ressort sans être dévié

Explication

Dans le modèle de la lentille mince, un rayon passant par le centre optique n’est pas dévié. Le passage par le foyer image concerne plutôt un rayon incident parallèle à l’axe optique.

6. Comment définir le foyer image principal F′ d’une lentille mince ?

C’est le point où se croisent les prolongements des rayons incidents inclinés
C’est le point d’où proviennent les rayons incidents qui émergent parallèlement à l’axe
C’est le point de convergence des rayons émergents issus de rayons incidents parallèles à l’axe
C’est le centre géométrique de la lentille situé sur son axe

C’est le point de convergence des rayons émergents issus de rayons incidents parallèles à l’axe

Explication

Le foyer image principal F′ est le point où convergent les rayons émergents lorsque les rayons incidents sont parallèles à l’axe optique. La définition faisant intervenir des rayons émergents parallèles correspond au foyer objet principal F.

7. Quelle propriété caractérise le foyer objet principal F d’une lentille mince ?

Des rayons parallèles à l’axe émergent en convergeant vers F
Des rayons provenant de F émergent parallèlement à l’axe optique
Des rayons passant par F traversent la lentille sans déviation
Des rayons issus de F émergent en convergeant vers le centre optique

Des rayons provenant de F émergent parallèlement à l’axe optique

Explication

Le foyer objet F est le point d’où proviennent des rayons incidents qui émergent parallèlement à l’axe optique. La convergence de rayons émergents provenant de rayons incidents parallèles définit plutôt le foyer image F′.

8. Comment construire graphiquement le rayon émergent correspondant à un rayon incident quelconque ?

Tracer par O une perpendiculaire au rayon incident, puis prolonger vers le foyer objet
Tracer par F′ une parallèle à l’axe, puis utiliser son intersection avec le plan focal objet
Tracer par F une parallèle au rayon incident, puis utiliser son intersection avec le plan focal objet
Tracer par O une parallèle au rayon incident, puis utiliser son intersection avec le plan focal image

Tracer par O une parallèle au rayon incident, puis utiliser son intersection avec le plan focal image

Explication

La construction consiste à tracer par le centre optique O une droite parallèle au rayon incident, puis à repérer son intersection avec le plan focal image. Le plan focal objet intervient dans la construction associée à un rayon issu d’un foyer, ce qui correspond à une autre procédure.

9. Quels rayons remarquables utilise-t-on pour construire l’image d’un point B par une lentille mince ?

Un rayon passant par F′, un rayon perpendiculaire à l’axe et un rayon passant par O
Un rayon passant par O, un rayon parallèle à l’axe et un rayon passant par F
Deux rayons passant par F et un rayon parallèle au plan focal image
Trois rayons parallèles à l’axe, dont deux passent par O et un par F′

Un rayon passant par O, un rayon parallèle à l’axe et un rayon passant par F

Explication

La construction de l’image d’un point B s’appuie sur les rayons passant par O, parallèles à l’axe optique et passant par F. Le rayon passant par O est particulier car il n’est pas dévié, tandis que les deux autres sont construits à partir des foyers et de l’axe.

10. Quand un point image est-il qualifié de réel ou de virtuel ?

Il est réel si les rayons émergents s’y coupent réellement, et virtuel si seuls leurs prolongements s’y coupent
Il est réel s’il appartient à l’axe optique, et virtuel s’il est situé dans un plan focal
Il est réel si les rayons incidents s’y coupent, et virtuel si les rayons émergents restent parallèles
Il est réel si les rayons émergents divergent, et virtuel s’ils convergent après prolongement

Il est réel si les rayons émergents s’y coupent réellement, et virtuel si seuls leurs prolongements s’y coupent

Explication

Une image réelle correspond à une intersection effective des rayons émergents, alors qu’une image virtuelle résulte de l’intersection de leurs prolongements. La position sur l’axe optique ne suffit pas à déterminer la nature réelle ou virtuelle de l’image.

11. Si le point B est situé à gauche du point A sur un axe orienté vers la droite, quel est le signe de la distance algébrique AB‾\overline{AB} ?

Elle est négative, car le second point est à gauche du premier
Elle est positive, car les deux points appartiennent au même axe
Elle est positive, car la distance géométrique reste positive
Elle est nulle, car la distance concerne deux points du même axe

Elle est négative, car le second point est à gauche du premier

Explication

Une distance algébrique est négative lorsque le second point se trouve à gauche du premier sur l’axe orienté. La distance géométrique, en revanche, ne porte pas de signe et ne permet pas cette distinction d’orientation.

12. Une lentille forme une image telle que A′B′=−2ABA'B'=-2AB ; quelle est la valeur du grandissement transversal ?

γ=12\gamma=\frac{1}{2}
γ=−2\gamma=-2
γ=2\gamma=2
γ=−12\gamma=-\frac{1}{2}

$$\gamma=-2$$

Explication

Par définition, le grandissement transversal est γ=A′B′AB\gamma=\frac{A'B'}{AB}, donc ici γ=−2\gamma=-2. La valeur absolue égale à 2 indique que l’image est deux fois plus grande, tandis que le signe négatif renseigne sur son orientation.

13. Une image donnée par une lentille possède un grandissement γ=−0,6\gamma=-0{,}6 ; comment est-elle orientée par rapport à l’objet ?

Elle est dans le sens contraire de l’objet
Elle a une taille identique à celle de l’objet
Elle est dans le même sens que l’objet
Elle ne possède pas d’orientation définie

Elle est dans le sens contraire de l’objet

Explication

Un grandissement négatif indique que l’image est dans le sens contraire de l’objet. La valeur 0,6 renseigne sur la taille relative, mais ne change pas la conclusion concernant l’orientation.

14. Comment définit-on la distance focale image f′f' d’une lentille mince ?

Par la distance géométrique entre l’objet et l’image
Par la distance orientée FO‾\overline{FO}
Par la distance orientée OA′‾\overline{OA'}
Par la distance orientée OF′‾\overline{OF'}

Par la distance orientée $$\overline{OF'}$$

Explication

La distance focale image est définie par f′=OF′f'=OF', c’est-à-dire la distance algébrique entre le centre optique O et le foyer image F'. Les autres distances concernent soit l’autre foyer, soit l’objet ou l’image, et ne définissent pas la distance focale image.

15. Une lentille mince possède une distance focale image f′=0,20 mf'=0{,}20\,\mathrm{m} ; quelle est sa vergence ?

C=−5 δC=-5\,\delta
C=5 δC=5\,\delta
C=−0,20 δC=-0{,}20\,\delta
C=0,20 δC=0{,}20\,\delta

$$C=5\,\delta$$

Explication

La vergence se calcule avec C=1f′C=\frac{1}{f'}, donc C=10,20=5 m−1=5 δC=\frac{1}{0{,}20}=5\,\mathrm{m}^{-1}=5\,\delta. Le signe négatif ne conviendrait pas à une distance focale image positive.

16. Quelle association de signes caractérise une lentille divergente dans les conventions usuelles ?

Une distance focale image négative et une vergence positive
Une distance focale image positive et une vergence négative
Une distance focale image positive et une vergence positive
Une distance focale image négative et une vergence négative

Une distance focale image négative et une vergence négative

Explication

Pour une lentille divergente, la distance focale image f′f' et la vergence CC sont toutes deux négatives. L’association de deux signes positifs correspond à une lentille convergente.

17. Quelle relation de conjugaison utilise les distances algébriques mesurées depuis le centre optique O ?

1OA′−1OA=1f′\frac{1}{OA'}-\frac{1}{OA}=\frac{1}{f'}
1OA′+1OA=f′\frac{1}{OA'}+\frac{1}{OA}=f'
1FA′−1F′A=1f′\frac{1}{FA'}-\frac{1}{F'A}=\frac{1}{f'}
FA⋅F′A′=−f′2FA\cdot F'A'=-f'^2

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

Explication

La relation de conjugaison de Descartes s’écrit 1OA′−1OA=1f′\frac{1}{OA'}-\frac{1}{OA}=\frac{1}{f'} et emploie les distances mesurées depuis O. La relation de Newton utilise, elle, les distances mesurées depuis les foyers.

18. Une lentille mince convergente a une distance focale f′=10 cmf'=10\,\mathrm{cm} ; quelle condition doit vérifier la distance entre l’objet et l’écran pour obtenir une image réelle sur l’écran ?

Elle doit être inférieure ou égale à 20 cm20\,\mathrm{cm}
Elle doit être égale à 10 cm10\,\mathrm{cm}
Elle doit être supérieure ou égale à 40 cm40\,\mathrm{cm}
Elle doit être comprise entre 10 cm10\,\mathrm{cm} et 20 cm20\,\mathrm{cm}

Elle doit être supérieure ou égale à $$40\,\mathrm{cm}$$

Explication

La formation d’une image réelle sur l’écran exige D≥4f′D\geq4f', soit ici D≥40 cmD\geq40\,\mathrm{cm}. Une distance plus faible que cette limite ne permet pas d’obtenir une image réelle projetée sur l’écran dans cette configuration.

19. Pour une lentille convergente et une distance objet-écran égale à 4f′4f', où se trouvent l’objet et l’image par rapport à la lentille ?

À une distance f′f' de la lentille, chacun de son côté
L’objet à une distance f′f' et l’image à une distance 3f′3f'
L’objet à une distance 3f′3f' et l’image à une distance f′f'
À une distance 2f′2f' de la lentille, chacun de son côté

À une distance $$2f'$$ de la lentille, chacun de son côté

Explication

Lorsque D=4f′D=4f', l’objet et l’image se trouvent chacun à une distance 2f′2f' de la lentille, de part et d’autre de celle-ci. Les autres répartitions ne correspondent pas à la configuration associée à la limite D=4f′D=4f'.

20. Dans le modèle optique de l’œil humain, quel élément possède une vergence variable tandis que la rétine reste à une distance fixe ?

La rétine, modélisée par une lentille mince convergente
La pupille, modélisée par un écran mobile
Le cristallin, modélisé par une lentille mince convergente
La cornée, modélisée par un diaphragme réglable

Le cristallin, modélisé par une lentille mince convergente

Explication

Le cristallin est représenté par une lentille convergente dont la vergence peut varier, alors que la rétine joue le rôle d’un écran fixe. La rétine ne forme pas l’image et ne se déplace pas pour assurer la netteté.

21. Quel mécanisme permet à l’œil de former une image nette d’un objet situé à une distance variable ?

La résolution, qui éloigne l’image de la rétine
La diffraction, qui augmente le diamètre de la pupille
La mise au point, qui déplace la rétine vers l’objet
L’accommodation, qui modifie la vergence du cristallin

L’accommodation, qui modifie la vergence du cristallin

Explication

L’accommodation repose sur la contraction musculaire qui modifie la vergence du cristallin afin de maintenir une image nette sur la rétine. Déplacer la rétine correspondrait davantage au fonctionnement d’un appareil photographique qu’à celui de l’œil.

22. Pour un œil sans défaut, quelle association décrit correctement les puncta remotum et proximum ?

Le punctum remotum est à environ 25 cm et le punctum proximum est à l’infini
Les deux puncta sont situés à environ 25 cm de l’œil
Les deux puncta sont situés à l’infini devant l’œil
Le punctum remotum est à l’infini et le punctum proximum est à environ 25 cm

Le punctum remotum est à l’infini et le punctum proximum est à environ 25 cm

Explication

Chez un œil sans défaut, le punctum remotum correspond à la vision nette sans accommodation et se situe à l’infini, tandis que le punctum proximum est atteint avec une accommodation maximale, vers 25 cm. Inverser ces deux positions confond leurs conditions de fonctionnement.

23. Que désigne la résolution angulaire de l’œil ?

Le plus petit angle séparant deux objets dont les images atteignent des cellules rétiniennes différentes
L’angle maximal permettant à un objet proche de former une image nette
La variation de vergence nécessaire pour observer deux objets distincts
La distance minimale séparant deux objets visibles sur une même cellule rétinienne

Le plus petit angle séparant deux objets dont les images atteignent des cellules rétiniennes différentes

Explication

La résolution angulaire est le plus petit angle entre deux points objets dont les images se forment sur des cellules rétiniennes différentes. Elle ne correspond ni à une distance entre objets ni à une variation de vergence du cristallin.

24. Quels éléments constituent le modèle optique d’un appareil photographique ?

Une lentille divergente, un diaphragme fixe et un écran transparent
Une lentille convergente, un diaphragme circulaire et un capteur-écran
Un miroir plan, une pupille variable et une rétine mobile
Un cristallin variable, une rétine fixe et un muscle ciliaire

Une lentille convergente, un diaphragme circulaire et un capteur-écran

Explication

L’appareil photographique est modélisé par une lentille convergente de focale f′, un diaphragme circulaire de diamètre D et un capteur assimilé à un écran. Le cristallin et la rétine appartiennent au modèle de l’œil, pas à celui de l’appareil photographique.

25. En quoi consiste la mise au point d’un appareil photographique ?

À régler la position du capteur pour que l’image se forme sur lui
À réduire le diamètre du diaphragme pour déplacer l’image formée
À modifier la vergence de l’objectif en conservant le capteur immobile
À déplacer l’objectif afin de changer la focale imposée par sa construction

À régler la position du capteur pour que l’image se forme sur lui

Explication

La mise au point consiste à positionner le capteur afin que l’image de l’objet se forme sur sa surface, cette position dépendant de la distance de l’objet. Modifier la vergence à capteur fixe décrit plutôt l’accommodation de l’œil.

26. Comment définir la profondeur de champ d’un appareil photographique ?

La distance maximale séparant deux points distincts projetés sur le capteur
La distance focale séparant l’objectif du plan focal image
La distance entre le diaphragme et le capteur lorsque l’objectif est réglé
La distance entre l’objet le plus proche et l’objet le plus lointain donnant des images suffisamment nettes

La distance entre l’objet le plus proche et l’objet le plus lointain donnant des images suffisamment nettes

Explication

La profondeur de champ est l’intervalle de distances d’objets produisant des images jugées suffisamment nettes sur le capteur. Elle ne désigne pas la distance interne entre l’objectif et le capteur ni la focale de l’objectif.

27. Quel réglage augmente la profondeur de champ d’un appareil photographique ?

Augmenter le diamètre D du diaphragme
Diminuer le diamètre D du diaphragme
Augmenter la focale de l’objectif sans autre réglage
Déplacer le capteur vers le diaphragme

Diminuer le diamètre D du diaphragme

Explication

La profondeur de champ augmente lorsque le diamètre D du diaphragme diminue, car l’ouverture plus petite rend acceptables des positions d’objet plus nombreuses. Agrandir l’ouverture produit l’effet opposé sur la profondeur de champ.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 45 flashcards sur Lentilles minces et applications.

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

Un composant optique transparent dont l'épaisseur est faible devant les autres dimensions.

Comment distinguer une lentille mince convergente d'une divergente ?

La convergente a des bords plus minces que le milieu, la divergente l'inverse.

Quelle est la forme des bords d'une lentille mince divergente ?

Les bords sont plus épais que le milieu.

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Approfondir avec la fiche

Consultez la fiche de révision complète sur Lentilles minces et applications.

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