Fiche de révision : Mesures et images par lentilles

📋 Plan du Cours

1. Mesurer et exprimer une grandeur
2. Unités SI et conversions
3. Lentilles et foyers optiques
4. Rayons particuliers d’une lentille
5. Construction d’une image réelle
6. Caractériser une image expérimentale
7. Grandissement et théorème de Thalès

📖 1. Mesurer et exprimer une grandeur

🔑 Notions clés & Définitions

• Mesure : S’écrit avec une valeur numérique et une unité.

📖 2. Unités SI et conversions

★ À maîtriser

• Le système international d’unités, noté SI, a été adopté par les physiciens du monde entier en 1960.

• Les principales grandeurs et unités SI sont:

  • longueur : mètre (m)
  • aire : mètre carré (m²)
  • volume : mètre cube (m³)
  • temps : seconde (s)
  • vitesse : mètre par seconde (m/s)
  • masse : kilogramme (kg)
  • force : newton (N)
  • intensité : ampère (A)
  • tension : volt (V)
  • résistance : ohm (Ω)

• Les unités pratiques comprennent l’heure, avec $1\ h = 3600\ s$, la minute, avec $1\ min = 60\ s$, le litre, avec $1\ L = 1\ dm^3$, et le kilomètre par heure, convertible en mètre par seconde.

Compléments

• Des conversions correctes sont $3\ mg = 0{,}03\ dg$, $25\ m^3 = 25\ 000\ dm^3$, $15{,}78\ cm^2 = 0{,}001578\ m^2$, $1\ h\ 20\ min = 4800\ s$, $0{,}25\ L = 250\ mL$, $150\ dam^2 = 15\ 000\ m^2$, $289{,}45\ cm = 2{,}8945\ m$ et $2{,}3\ L = 0{,}0023\ m^3$.

💡 Astuce mémo

Grandeur → unité → conversion

📖 3. Lentilles et foyers optiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Lentille : Milieu transparent limité par deux surfaces, dont l’une au moins n’est pas plane.
• Distance focale : Distance OF, égale à la distance OF'.
• Vergence : La vergence d’une lentille s’exprime en dioptries et vérifie $V = \frac{1}{f'}$, avec f' exprimée en mètres.

📝 Points essentiels

📌 Une lentille convergente possède des bords minces et une lentille divergente possède des bords épais.

💡 Astuce mémo

Convergente : bords minces ; divergente : bords épais

📖 4. Rayons particuliers d’une lentille

★ À maîtriser

• Le rayon incident passant par le centre optique O d’une lentille n’est pas dévié.

• 🔄 Le trajet d’un rayon parallèle est:

  1. Le rayon incident est parallèle à l’axe optique.
  2. Il traverse la lentille convergente.
  3. Il ressort en passant par le foyer image F'.

• Un rayon incident passant par le foyer objet F ressort de la lentille parallèle à l’axe optique.

Compléments

• Les foyers principaux image F' et objet F sont symétriques par rapport au centre optique O.

💡 Astuce mémo

Centre O : tout droit ; parallèle : F' ; par F : parallèle

📖 5. Construction d’une image réelle

★ À maîtriser

• Pour construire l’image B' d’un point objet B, il faut tracer au moins deux rayons issus de B à travers la lentille et repérer leur point d’intersection.

• Pour obtenir une image nette, tous les rayons issus d’un point B doivent converger en un point B'.

Compléments

• L’image d’un objet plan perpendiculaire à l’axe optique est plane et perpendiculaire à l’axe optique.

💡 Astuce mémo

Deux rayons convergent → image nette au point d’intersection

📖 6. Caractériser une image expérimentale

★ À maîtriser

• Pour obtenir une image nette sur un écran, il faut disposer les éléments dans l’ordre source lumineuse, objet, lentille, écran.

📌 L’image d’un objet est observable sur un écran lorsque la distance objet-lentille est supérieure à la distance focale de la lentille.

• Pour des distances objet-lentille de 50 cm, 25 cm et 15 cm, les images observées sont inversées et mesurent respectivement 1 cm, 3 cm et 9 cm pour un objet de 4,0 cm.

• Lorsque l’objet se rapproche de la lentille, la taille de l’image augmente et la position de l’image se modifie.

Compléments

• Avec une lentille de distance focale 10 cm, les images sont observables pour des distances objet-lentille de 50 cm, 25 cm et 15 cm, mais pas pour 7,5 cm.

💡 Astuce mémo

Objet plus proche de la lentille → image plus grande

📖 7. Grandissement et théorème de Thalès

🔑 Notions clés & Définitions

• Grandissement : Rapport entre la taille de l’image et la taille de l’objet, soit $\gamma = \frac{A'B'}{AB}$.

★ À maîtriser

📐 Formule — Dans l’expérience, le grandissement peut aussi être calculé par la relation $\gamma = \frac{OA'}{OA} = \frac{\text{distance lentille-image}}{\text{distance objet-lentille}}$.

📌 Si deux droites sécantes en A sont coupées par deux droites parallèles, alors les rapports correspondants vérifient $\frac{AM}{AB} = \frac{AN}{AC} = \frac{MN}{BC}$.

Compléments

• Pour un objet AB de 5 cm placé à 30 cm à gauche de la lentille, une construction à l’échelle 1/5 donne une image A'B' de 2,5 cm et un rapport $A'B'/AB = 0{,}5$.

• Dans le tableau expérimental, les grandissements associés aux distances objet-lentille de 50 cm, 25 cm et 15 cm sont respectivement 0,25, 0,75 et 2,25.

📊 Tableaux de synthèse

Caractéristiques des lentilles