Lentilles – Cours – 4ème – Physique – Chimie – Collège

Lentilles – Cours – 4ème – Physique – Chimie – Collège

  • Comment distinguer les lentilles convergentes des lentilles divergentes ?
  • Qu’est-ce que le foyer d’une lentille convergente ?
  • Comment obtenir une image nette avec une lentille convergente ?
  1. I.     Définitions

Qu’est-ce qu’une lentille ?

Une lentille est formée d’une matière transparente (verre ou plastique) rigide comme les lentilles qui constituent les loupes et les lunettes ou souple comme les lentilles de contact, délimitée par deux surfaces lisses dont l’une au moins est sphérique. L’épaisseur au centre de la lentille est différente de celle aux bords.

Les lentilles sont présentes dans les appareils d’optique les plus courants comme les lunettes astronomiques, les microscopes, les objectifs d’appareil photo, les jumelles etc.

  1. II.  Deux types de lentilles

Il existe deux sortes de lentilles: lentilles convergentes et les lentilles divergentes.

II.1. Mise en évidence

Matériel : une lentille convergente et une lentille divergente.

Expérience : Poser la lentille sur un texte puis éloigner lentement la lentille du texte.

Observations :

– si le texte devient plus gros, la lentille est convergente (ici c’est celle qui est plus épaisse au centre).

– si le texte devient plus petit, la lentille est divergente  (ici c’est celle qui est plus épaisse sur les bords).

II.2. Les lentilles convergentes

Les lentilles convergentes sont plus minces à leurs extrémités qu’en leur centre. Elles ont un aspect bombé.

Exemples de lentilles convergentes

 

Le symbole d’une lentille convergente est :

Expérience :

Matériel : tableau magnétique, différentes lentilles et une source lumineuse à rayons parallèles.

Observations :

Après avoir traversé la lentille convergente, les rayons lumineux se rejoignent (convergent) en un point

Conclusion : Un objet placé derrière une lentille convergente apparaît plus gros.

II.3. Les lentilles divergentes

Les lentilles divergentes sont plus larges au niveau de leurs extrémités qu’en leur centre ce qui donne à ses faces un aspect incurvé.

Exemples de lentilles divergentes

 

Le symbole d’une lentille divergente est :

Expérience :

Matériel : tableau magnétique, différentes lentilles et une source lumineuse à rayons parallèles.

Observations :

Après avoir traversé la lentille divergente, les rayons lumineux s’écartent (divergent)

Conclusion : Un objet placé derrière une lentille divergente apparaît plus petit.

  1. III.   Propriétés des lentilles

III.1. Axe optique d’une lentille

On appelle axe optique de la lentille (noté ∆), l’axe perpendiculaire à la lentille et qui passe par son centre optique O

Remarque : L’axe optique de la lentille est la « médiatrice » de la lentille.

III.2. Cas du rayon lumineux passant par le centre d’une lentille

Expérience :

Matériel : tableau magnétique, différentes lentilles et une source lumineuse à rayons parallèles.

 

 

Conclusion : tout rayon lumineux passant par le centre optique d’une lentille (noté O) n’est pas dévié.

III.3. Influence d’une lentille sur un faisceau de lumière parallèle à l’axe optique

Si un faisceau de lumière, constitué de rayons parallèles à l’axe optique, est dirigé vers une lentille divergente alors en sortant de cette dernière les rayons de lumière s’écartent les uns des autres et le faisceau s’élargit.

On dit que le faisceau de lumière obtenu est divergent.  Si le faisceau de lumière est cette fois dirigé vers une lentille convergente alors le phénomène inverse se produit: les rayons de lumière se rapprochent les uns des autres et se dirigent tous vers un même point qui concentre la lumière du faisceau.

On dit que le faisceau de lumière obtenu est convergent.

Remarque: on parle de faisceau incident pour désigner le faisceau de lumière avant la lentille et de faisceau émergent pour le faisceau situé après la lentille.

III.4. Le foyer d’une lentille convergente

Avec une Lampe ou Soleil et  lentille convergente On obtient un point net sur le sol.

Toute la lumière se concentre en un point (il y a énormément de chaleur)

Ce point s’appelle le foyer F’ de la lentille, c’est le point où converge la lumière lorsque la lentille est traversée par des faisceaux de lumière parallèles.

La distance entre la lentille et ce point s’appelle distance focale et dépend de la lentille.

O : centre optique

F’: foyer de la lentille

OF’ : distance focale

L’axe optique est le rayon qui passe par le centre de la lentille.

  1. IV.   Image d’un objet par une lentille convergente

Expérience : un support en aluminium de 1m de longueur, une source lumineuse (avec la lettre F), une lentille convergente, une règle et un écran.

On réalise le montage ci-dessus puis on place l’objet (lettre F) après la lampe. Déplacer l’écran de manière à obtenir une image nette sur l’écran.

Observations :

On observe une image nette sur l’écran pour une seule position de l’écran et cette image est inversée.

Si on réalise la même expérience que ci-dessus mais en augmentant la distance objet – lentille on observe : toujours une image inversée mais plus petite.

Conclusion : Quand l’objet est suffisamment éloigné de la lentille convergente, on obtient toujours une image inversée de l’objet. Par ailleurs, plus l’objet est éloigné de la lentille, plus son image sera petite.

Cas ou l’objet est situé très près de la lentille

Remarque : la distance objet-centre optique de la lentille est inférieure à la distance focale

Expérience : On réalise le même montage qu’au 311 mais l’objet est placé à proximité de la lentille. On déplace ensuite l’écran afin d’obtenir une image nette sur cet écran

Observation : Il est impossible d’obtenir une image nette de l’objet sur l’écran

Conclusion : Quand l’objet est trop près de la lentille convergente, on ne peut pas obtenir une image nette de l’objet sur l’écran.

Distance objet-lentille

Supérieure à F’

Inférieure à F’

Propriétés de l’image

Visible sur un écran placé à une distance

supérieure à F’

Non visible sur un écran, visible à l’oeil

nu

renversée

droite

Lorsque l’on rapproche (éloigne) l’objet de la lentille, il faut éloigner (rapprocher) l’écran pour observer une image nette.

 



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