QCM : Optique géométrique et lentilles — 25 questions

Questions et réponses du QCM

1. Concernant les systèmes optiques :

Les dioptres et les miroirs peuvent constituer des composants d’un système optique.
Un système optique rassemble plusieurs composants optiques rencontrés successivement par la lumière.
Les composants optiques d’un système sont rencontrés successivement par les rayons lumineux.
Un système optique désigne uniquement une source produisant les rayons lumineux.
Un système optique est défini comme un ensemble de détecteurs placés après la source.

Les dioptres et les miroirs peuvent constituer des composants d’un système optique. · Un système optique rassemble plusieurs composants optiques rencontrés successivement par la lumière. · Les composants optiques d’un système sont rencontrés successivement par les rayons lumineux.

Explication

Un système optique est un ensemble de composants optiques traversés successivement par les rayons lumineux. Les dioptres et les miroirs en sont des exemples ; il ne s’agit ni d’une source ni d’un ensemble de détecteurs.

2. Parmi les propositions suivantes concernant les rayons incidents et émergents, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Les rayons émergents arrivent sur le système avant leur interaction.
Les rayons incidents et émergents se distinguent par leur rapport au système optique.
Les rayons émergents quittent le système optique.
Les rayons incidents proviennent du système optique après interaction.
Les rayons incidents sont dirigés vers le système optique.

Les rayons incidents et émergents se distinguent par leur rapport au système optique. · Les rayons émergents quittent le système optique. · Les rayons incidents sont dirigés vers le système optique.

Explication

Les rayons incidents arrivent sur le système, tandis que les rayons émergents le quittent. Leur distinction repose donc sur leur direction par rapport au système optique.

3. Le point objet A est défini par :

L’intersection des prolongements des rayons émergents sortants.
L’intersection des rayons incidents en provenance de l’objet.
Le point d’intersection des rayons réfléchis par le système.
L’intersection des rayons émergents après le système optique.
Le point commun vers lequel sont dirigés les rayons incidents.

L’intersection des rayons incidents en provenance de l’objet. · Le point commun vers lequel sont dirigés les rayons incidents.

Explication

Le point objet A est le point d’intersection des rayons incidents. Le point image A′, et non le point objet, est associé à l’intersection des rayons émergents.

4. Concernant la réalité ou la virtualité d’un point objet ou image, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La réalité d’un point dépend de l’intersection effective des rayons associés.
Un point réel est défini par la rencontre des prolongements uniquement.
Un point est réel lorsque les rayons correspondants se coupent effectivement.
Un point est virtuel lorsque seuls les prolongements des rayons se coupent.
Un point virtuel correspond à des rayons qui se rencontrent réellement.

La réalité d’un point dépend de l’intersection effective des rayons associés. · Un point est réel lorsque les rayons correspondants se coupent effectivement. · Un point est virtuel lorsque seuls les prolongements des rayons se coupent.

Explication

Un point réel correspond à une intersection effective des rayons. Un point virtuel est défini par l’intersection de leurs seuls prolongements ; il ne résulte donc pas d’une rencontre réelle des rayons.

5. À propos du miroir plan :

La réflexion sur un miroir plan obéit aux lois de Descartes.
Un miroir plan est une surface courbe partiellement réfléchissante.
Les rayons lumineux sont réfléchis par la surface plane du miroir.
Les lois de Descartes de la réfraction définissent le miroir plan.
Un miroir plan est une surface plane totalement réfléchissante.

La réflexion sur un miroir plan obéit aux lois de Descartes. · Les rayons lumineux sont réfléchis par la surface plane du miroir. · Un miroir plan est une surface plane totalement réfléchissante.

Explication

Un miroir plan est une surface plane totalement réfléchissante qui suit les lois de Descartes de la réflexion. Il n’est ni courbe ni défini par les lois de la réfraction.

6. Pour un point objet réel placé devant un miroir plan, quelle(s) est(sont) la(les) proposition(s) exacte(s) ?

L’image perd la symétrie par rapport au plan du miroir.
L’image obtenue est virtuelle.
L’image se forme du même côté que le point objet.
L’image obtenue est réelle.
L’image est symétrique du point objet par rapport au miroir.

L’image obtenue est virtuelle. · L’image est symétrique du point objet par rapport au miroir.

Explication

Un point objet réel devant un miroir plan donne une image virtuelle, symétrique par rapport au plan du miroir. L’image n’est donc pas réelle et ne se situe pas du même côté que l’objet.

7. Un point objet virtuel est placé devant un miroir plan. Parmi les propositions suivantes, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Un point objet virtuel donne une image virtuelle avec ce miroir.
L’image est symétrique du point objet par rapport au miroir.
L’image obtenue se situe sans relation de symétrie avec l’objet.
Le miroir plan forme une image réelle de ce point objet.
La nature réelle de l’image diffère de celle obtenue pour un objet réel.

L’image est symétrique du point objet par rapport au miroir. · Le miroir plan forme une image réelle de ce point objet. · La nature réelle de l’image diffère de celle obtenue pour un objet réel.

Explication

Pour un point objet virtuel, le miroir plan forme une image réelle symétrique par rapport à son plan. Cette situation s’oppose à celle d’un objet réel, qui donne une image virtuelle.

8. Les caractéristiques d’un objet étendu comprennent :

L’ensemble des points images forme l’image étendue.
Un objet étendu est constitué d’un ensemble d’objets ponctuels.
Les objets ponctuels d’un objet étendu sont dépourvus d’images.
Chaque point objet possède un point image correspondant.
Une image étendue est composée de composants optiques juxtaposés.

L’ensemble des points images forme l’image étendue. · Un objet étendu est constitué d’un ensemble d’objets ponctuels. · Chaque point objet possède un point image correspondant.

Explication

Un objet étendu est formé de nombreux objets ponctuels. Leurs points images constituent l’image étendue ; il ne s’agit pas d’un assemblage de composants optiques.

9. Parmi les propositions suivantes concernant l’image d’un objet étendu par un miroir plan, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

L’image possède une forme différente de celle de l’objet.
L’image conserve la forme de l’objet étendu.
L’objet et l’image sont symétriques par rapport au miroir.
Le miroir plan agrandit généralement l’image de l’objet.
L’image conserve la taille de l’objet étendu.

L’image conserve la forme de l’objet étendu. · L’objet et l’image sont symétriques par rapport au miroir. · L’image conserve la taille de l’objet étendu.

Explication

La réflexion par un miroir plan conserve la forme et la taille de l’objet étendu. L’objet et son image sont symétriques par rapport au plan du miroir ; l’image n’est donc pas agrandie ni déformée.

10. Concernant la relation de conjugaison du miroir plan :

Le point O est l’intersection de l’axe AA′AA' avec le miroir.
La relation de conjugaison s’écrit OA+OA′=0OA + OA' = 0.
La position de l’image est déterminée par la position de l’objet par rapport à O.
La relation de conjugaison concerne les points A et A′A' situés sur l’axe optique.
La relation relie les distances orientées de l’objet et de son image.

Le point O est l’intersection de l’axe $$AA'$$ avec le miroir. · La relation de conjugaison s’écrit $$OA + OA' = 0$$. · La position de l’image est déterminée par la position de l’objet par rapport à O. · La relation de conjugaison concerne les points A et $$A'$$ situés sur l’axe optique. · La relation relie les distances orientées de l’objet et de son image.

Explication

La relation du miroir plan est OA+OA′=0OA + OA' = 0. Le point O est l’intersection de l’axe AA′AA' avec le miroir, et cette relation détermine la position conjuguée de l’image à partir de celle de l’objet.

11. Parmi les propositions suivantes concernant le grandissement d’un miroir plan, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Un grandissement inférieur à 11 indique une image de même taille.
Un grandissement égal à 22 caractérise le miroir plan idéal.
Le grandissement d’un miroir plan vaut γ=1\gamma = 1.
Le grandissement compare la distance de l’image à celle de l’objet.
Une image donnée par un miroir plan possède la même taille que l’objet.

Le grandissement d’un miroir plan vaut $$\gamma = 1$$. · Une image donnée par un miroir plan possède la même taille que l’objet.

Explication

Pour un miroir plan, γ=A′B′AB=1\gamma = \frac{A'B'}{AB}=1, ce qui signifie que l’image conserve la taille de l’objet. Une valeur de 22 correspondrait à une image agrandie, tandis qu’un grandissement inférieur à 11 indique une réduction.

12. Les caractéristiques d’un système optique centré comprennent :

Un axe optique commun noté Δ\Delta pour les éléments constitutifs.
Des éléments organisés autour d’un même axe de symétrie.
Une orientation de l’axe optique selon la propagation lumineuse.
Des axes de symétrie confondus sur un axe optique commun.
Un axe optique orienté dans le sens opposé à la lumière incidente.

Un axe optique commun noté $$\Delta$$ pour les éléments constitutifs. · Des éléments organisés autour d’un même axe de symétrie. · Une orientation de l’axe optique selon la propagation lumineuse. · Des axes de symétrie confondus sur un axe optique commun.

Explication

Un système centré possède des éléments dont les axes de symétrie sont confondus sur l’axe commun Δ\Delta. Cet axe est orienté dans le sens de propagation de la lumière; l’orientation opposée est donc incorrecte.

13. Concernant un rayon paraxial, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La paraxialité associe proximité de l’axe et faible inclinaison.
Un rayon éloigné de l’axe mais faiblement incliné est paraxial.
Un rayon fortement incliné par rapport à l’axe est paraxial.
Un rayon paraxial reste proche de l’axe optique.
Un rayon paraxial présente une faible inclinaison par rapport à l’axe.

La paraxialité associe proximité de l’axe et faible inclinaison. · Un rayon paraxial reste proche de l’axe optique. · Un rayon paraxial présente une faible inclinaison par rapport à l’axe.

Explication

Un rayon est paraxial s’il est à la fois proche de l’axe optique et peu incliné par rapport à celui-ci. Une forte inclinaison ou un éloignement important de l’axe ne satisfait pas cette définition.

14. Un système centré est étudié dans les conditions de Gauss lorsque :

Les rayons sont proches et peu inclinés par rapport à l’axe.
L’étude utilise des rayons incidents quelconques.
Les rayons incidents sont paraxiaux.
Les petits angles peuvent être approximés dans l’analyse optique.
L’approximation des grands angles devient applicable.

Les rayons sont proches et peu inclinés par rapport à l’axe. · Les rayons incidents sont paraxiaux. · Les petits angles peuvent être approximés dans l’analyse optique.

Explication

Les conditions de Gauss imposent des rayons incidents paraxiaux, donc proches de l’axe et peu inclinés. Elles permettent l’approximation des petits angles; elles ne reposent ni sur des rayons quelconques ni sur l’approximation des grands angles.

15. Concernant le foyer principal image F′F', quelle(s) est(sont) la(les) proposition(s) exacte(s) ?

Le point F′F' représente l’image d’un objet axial placé à l’infini.
Le foyer F′F' est défini par la conjugaison avec un objet infini.
Le foyer principal image F′F' est conjugué d’un objet situé à l’infini.
L’objet associé à F′F' se trouve à l’infini sur l’axe optique.
Le foyer F′F' correspond à une image située à l’infini.

Le point $$F'$$ représente l’image d’un objet axial placé à l’infini. · Le foyer $$F'$$ est défini par la conjugaison avec un objet infini. · Le foyer principal image $$F'$$ est conjugué d’un objet situé à l’infini. · L’objet associé à $$F'$$ se trouve à l’infini sur l’axe optique.

Explication

Le foyer principal image F′F' est le point conjugué d’un objet situé à l’infini sur l’axe optique. Il ne correspond donc pas à une image à l’infini, caractéristique associée au foyer principal objet FF.

16. À propos du foyer principal objet FF, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Le foyer principal objet FF est conjugué d’un objet situé à l’infini.
Le foyer principal objet FF est défini par un faisceau image convergent vers l’axe.
Le foyer principal objet FF est conjugué d’une image située à l’infini.
Le foyer principal objet FF forme l’image d’un objet placé à l’infini.
Le foyer principal objet FF caractérise une image située sur l’axe à distance finie.

Le foyer principal objet $$F$$ est conjugué d’une image située à l’infini.

Explication

Le foyer principal objet FF est le point conjugué d’une image située à l’infini sur l’axe optique. L’association avec un objet à l’infini concerne le foyer principal image F′F'.

17. Un système afocal se caractérise par :

La transformation d’un faisceau incident parallèle en faisceau émergent parallèle.
La formation d’une image intermédiaire nécessairement située au foyer image.
L’absence de convergence finale vers une image située à distance finie.
La conjugaison d’un point objet à l’infini avec un point image à l’infini.
La transformation d’un faisceau parallèle en faisceau émergent fortement divergent.

La transformation d’un faisceau incident parallèle en faisceau émergent parallèle. · L’absence de convergence finale vers une image située à distance finie. · La conjugaison d’un point objet à l’infini avec un point image à l’infini.

Explication

Un système afocal transforme un faisceau parallèle en faisceau émergent parallèle et conjugue un point objet à l’infini avec un point image à l’infini. Les descriptions faisant intervenir une convergence finale ou une divergence forte ne correspondent pas à la définition d’un système afocal.

18. Concernant les lentilles sphériques minces, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Une lentille mince est un milieu transparent, homogène et isotrope.
Une lentille mince possède une épaisseur importante devant ses rayons de courbure.
Une lentille mince est nécessairement un milieu opaque et hétérogène.
Une lentille mince se définit par une épaisseur comparable aux rayons de courbure.
Son épaisseur sur l’axe est négligeable devant les rayons de courbure.

Une lentille mince est un milieu transparent, homogène et isotrope. · Son épaisseur sur l’axe est négligeable devant les rayons de courbure.

Explication

Une lentille mince est transparente, homogène et isotrope, avec une épaisseur axiale négligeable devant les rayons de courbure. Une épaisseur importante ou comparable caractérise plutôt une lentille épaisse, tandis qu’un milieu opaque ou hétérogène ne correspond pas à la définition.

19. Parmi les propositions suivantes concernant les lentilles convergentes et divergentes, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Une lentille convergente fait converger les faisceaux lumineux.
Une lentille divergente rassemble les rayons lumineux vers un foyer réel.
Une lentille convergente écarte les rayons lumineux après leur traversée.
Une lentille divergente fait diverger les faisceaux lumineux.
Une lentille divergente transforme les faisceaux incidents en faisceaux parallèles.

Une lentille convergente fait converger les faisceaux lumineux. · Une lentille divergente fait diverger les faisceaux lumineux.

Explication

Une lentille convergente rassemble les faisceaux, alors qu’une lentille divergente les écarte. Une lentille divergente ne rassemble donc pas les rayons et ne transforme pas, par définition, tout faisceau incident en faisceau parallèle.

20. Le centre optique d’une lentille sphérique mince se caractérise par :

Tout rayon le traversant à l’intérieur ressort perpendiculairement au rayon entrant.
Tout rayon traversant ce point ressort nécessairement convergent.
Tout rayon passant par ce point est absorbé dans la lentille.
Tout rayon traversant ce point ressort nécessairement divergent.
Tout rayon le traversant à l’intérieur ressort parallèlement au rayon entrant.

Tout rayon le traversant à l’intérieur ressort parallèlement au rayon entrant.

Explication

Le centre optique O est défini par le trajet d’un rayon qui ressort parallèlement à sa direction incidente. Les autres comportements ne correspondent pas à la propriété du centre optique.

21. À propos de la vergence d’une lentille, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

La vergence vérifie V=1f′2V = \frac{1}{f'^2} lorsque f′f' est exprimée en mètres.
La vergence s’exprime en secondes lorsque la distance focale est exprimée en mètres.
La vergence s’exprime en mètres lorsque la distance focale est exprimée en mètres.
La vergence vérifie V=f′V = f' lorsque f′f' est exprimée en mètres.
La vergence vérifie V=1f′V = \frac{1}{f'} lorsque f′f' est exprimée en mètres.

La vergence vérifie $$V = \frac{1}{f'}$$ lorsque $$f'$$ est exprimée en mètres.

Explication

La vergence est donnée par V=1f′V = \frac{1}{f'}, avec f′f' en mètres. Son unité est la dioptrie, équivalente au mètre inverse, et non le mètre ni la seconde.

22. Concernant l’image formée par une lentille convergente, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

L’image est toujours virtuelle pour un objet réel.
L’image est virtuelle lorsque l’objet réel est placé au-delà de F.
L’image est virtuelle sauf si l’objet réel est placé entre O et F.
L’image est réelle lorsque l’objet réel est placé entre O et F.
L’image est réelle sauf si l’objet réel est placé entre O et F.

L’image est réelle sauf si l’objet réel est placé entre O et F.

Explication

Une lentille convergente forme une image réelle dans les situations usuelles, mais l’image devient virtuelle lorsque l’objet réel est placé entre O et F. Les autres propositions inversent ou généralisent à tort cette règle.

23. Parmi les propositions suivantes concernant une lentille divergente, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

L’image est virtuelle sauf dans le cas d’un objet virtuel placé entre O et F.
L’image est réelle lorsqu’un objet réel est placé devant la lentille.
L’image est réelle pour tout objet virtuel placé entre O et F.
L’image peut être réelle lorsqu’un objet virtuel est placé entre O et F.
L’image est virtuelle lorsqu’un objet réel est utilisé.

L’image est virtuelle sauf dans le cas d’un objet virtuel placé entre O et F. · L’image peut être réelle lorsqu’un objet virtuel est placé entre O et F. · L’image est virtuelle lorsqu’un objet réel est utilisé.

Explication

Une lentille divergente donne une image virtuelle avec un objet réel. Elle peut donner une image réelle dans le cas particulier où l’objet virtuel est placé entre O et F ; cette exception ne concerne donc pas tous les objets virtuels.

24. La relation de conjugaison de Newton pour une lentille mince s’écrit :

La relation de Newton s’écrit OA OA′=f′2OA\,OA' = f'^2.
Le produit des distances focales objet et image est égal à −f′2-f'^2.
La relation de Newton utilise le produit FA OA′FA\,OA' égal à −f′2-f'^2.
Les distances utilisées dans cette relation sont mesurées à partir des foyers.
FA F′A′=−f′2FA\,F'A' = -f'^2 constitue la relation de conjugaison de Newton.

Le produit des distances focales objet et image est égal à $$-f'^2$$. · Les distances utilisées dans cette relation sont mesurées à partir des foyers. · $$FA\,F'A' = -f'^2$$ constitue la relation de conjugaison de Newton.

Explication

La relation de Newton est FA F′A′=−f′2FA\,F'A' = -f'^2. Elle utilise donc les distances algébriques mesurées depuis les foyers F et F′, et le produit vaut −f′2-f'^2. Les expressions contenant OAOA ou mélangeant une distance au foyer et une distance à O ne sont pas cette relation.

25. Concernant la relation de conjugaison de Descartes, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Les distances OAOA et OA′OA' sont mesurées par rapport au centre optique O.
La relation de Descartes utilise les distances FAFA et F′A′F'A' dans son écriture principale.
La relation de Descartes s’écrit 1OA′+1OA=1f′\frac{1}{OA'} + \frac{1}{OA} = \frac{1}{f'}.
La relation de Descartes s’écrit 1OA′−1OA=1f′\frac{1}{OA'} - \frac{1}{OA} = \frac{1}{f'}.
Elle relie les positions algébriques de l’objet et de l’image à la distance focale.

Les distances $$OA$$ et $$OA'$$ sont mesurées par rapport au centre optique O. · La relation de Descartes s’écrit $$\frac{1}{OA'} - \frac{1}{OA} = \frac{1}{f'}$$. · Elle relie les positions algébriques de l’objet et de l’image à la distance focale.

Explication

La relation de Descartes est 1OA′−1OA=1f′\frac{1}{OA'} - \frac{1}{OA} = \frac{1}{f'}. Elle relie les positions algébriques de l’objet et de l’image, mesurées depuis O, à la distance focale. Le signe entre les inverses est une soustraction et les distances focales depuis F et F′ relèvent de la relation de Newton.

Révisez avec les flashcards

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Qu'est-ce qu'un système optique ?

Un ensemble de composants optiques rencontrés successivement par les rayons lumineux.

Quelle est la différence entre rayons incidents et émergents ?

Les incidents vont vers le système, les émergents en proviennent.

Qu'est-ce qu'un point objet A ?

Le point d'intersection des rayons incidents.

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