Optique géométrique — Lentilles et images

Repérer une erreur et la corriger

Le compte rendu du document 1 contient quatre erreurs ; une seule ligne est juste. Pour chaque erreur, indique la ligne, explique ce qui est faux et écris ce qu’il fallait dire.

Réponse rédigée. Ce que le correcteur attend, critère par critère :

1. 1.Ligne 1 — le choix du rayon

   1 pt
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   Il fallait le rayon passant par O.

   Seul le rayon qui passe par le centre optique O traverse sans être dévié ; le foyer n’a pas cette propriété. 0,5 point pour repérer l’erreur, 0,5 pour la corriger.

2. 2.Ligne 2 — une lentille très bombée

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   Sa distance focale est courte.

   La vergence est l’inverse de la distance focale : quand l’une augmente, l’autre diminue. Une très forte vergence va donc avec une distance focale courte.

3. 3.Ligne 4 — la lentille à moitié cachée

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   L’image reste complète ; seule sa luminosité baisse.

   Chaque point de la lentille reçoit de la lumière venue de tout l’objet : masquer une partie réduit la luminosité, pas l’étendue de l’image.

4. 4.Ligne 5 — les lunettes du myope

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   Un myope porte une lentille divergente, de vergence négative.

   Chez le myope, l’image se forme en avant de la rétine ; la lentille divergente la repousse jusqu’à elle. Une vergence positive corrige l’hypermétropie.

Confronter deux tracés

Les deux tracés du document 2 ne peuvent pas être justes tous les deux. Confronte-les en répondant aux questions.

1. 1.Lequel des deux tracés est juste ? Justifie en vérifiant chacun de ses deux rayons.

   1.5 pt
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   Le tracé A.

   Dans le tracé A, le rayon parallèle à l’axe ressort par F’ et le rayon qui passe par O continue en ligne droite : les deux règles sont respectées. 0,5 point pour le choix, 0,5 par rayon vérifié.

2. 2.Quelle règle le tracé B ne respecte-t-il pas ? Que fallait-il faire ?

   1 pt
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   Le rayon qui passe par O est dévié : il fallait le prolonger en ligne droite.

   Dans le tracé B, ce rayon se brise en O et remonte. Un rayon qui passe par le centre optique traverse sans être dévié.

3. 3.Le tracé B qualifie son image de « virtuelle ». En t’appuyant sur le tracé juste, montre que cette conclusion est fausse.

   1.5 pt
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   Les rayons se croisent réellement après la lentille : l’image est réelle, renversée et projetable.

   Dans le tracé juste, de vrais rayons se rejoignent sous l’axe, après la lentille : l’image est réelle, donc renversée, et un écran la recevrait. Une image virtuelle n’existe que si seuls les prolongements se croisent.

4. 4.Quel troisième rayon permettrait de contrôler le tracé A ? Par où devrait-il passer ?

   1 pt
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   Celui qui passe par F et ressort parallèle à l’axe ; il doit rejoindre le sommet de l’image.

   Ce rayon facultatif sert de vérification : s’il rejoint le même point que les deux autres, le tracé est juste.

Transférer ses connaissances

Réponds à chaque question en justifiant par le cours.

1. 1.Dans un projecteur, une lentille convergente forme sur l’écran l’image d’une diapositive. Pourquoi glisse-t-on la diapositive à l’envers dans l’appareil ?

   1.5 pt
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   Parce que l’image sur l’écran est réelle, donc renversée : la diapositive à l’envers donne une image à l’endroit.

   L’écran ne reçoit qu’une image réelle, et une image réelle est renversée. En renversant d’avance la diapositive, on obtient une image dans le bon sens. 0,5 point pour « réelle », 0,5 pour « renversée », 0,5 pour la conclusion.

2. 2.Au soleil, Sacha tient une loupe au-dessus d’une feuille. Les rayons du Soleil arrivent parallèles à l’axe. La tache de lumière est la plus petite quand la feuille est à 16 cm de la loupe. Que représente cette position ? Calcule la vergence de la loupe.

   2 pt
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   Le foyer image ; 6,25 dioptries.

   Les rayons parallèles à l’axe se rassemblent au foyer image : la distance focale vaut 16 cm, soit 0,16 m, et $C=1÷0,16=6,25$. 1 point pour le foyer, 1 pour le calcul avec la conversion.

3. 3.Dans un tiroir, on trouve un verre de lunettes marqué −3 dioptries. Peut-il servir de loupe ? Justifie.

   1.5 pt
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   Non : le signe moins désigne une lentille divergente.

   Le signe moins désigne une lentille divergente : elle écarte les rayons. Une loupe est une lentille convergente ; ce verre corrige plutôt une myopie. 0,5 point pour la réponse, 1 pour la justification.

Rédiger une explication

Rédige une explication d’une quinzaine de lignes pour un élève de 5e : « Comment l’œil forme-t-il une image nette, de loin comme de près, et pourquoi les lunettes d’une personne myope ont-elles une vergence négative ? » Fais une phrase d’introduction, deux paragraphes et une conclusion.

Réponse rédigée. Ce que le correcteur attend, critère par critère :

1. 1.Les trois pièces de l’œil et leur rôle.

   1.5 pt
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   Cristallin, rétine, iris : lentille, écran, diaphragme.

   La comparaison avec l’appareil photo structure toute l’explication. 0,5 point par élément associé à son rôle.

2. 2.Ce que la rétine reçoit, et ce qu’en fait le cerveau.

   1 pt
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   Une image réelle et renversée, que le cerveau remet à l’endroit.

   De vrais rayons se croisent sur la rétine, qui joue l’écran : l’image est réelle, donc renversée.

3. 3.De loin comme de près.

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   Le cristallin se déforme : c’est l’accommodation.

   Des muscles déforment le cristallin et changent sa vergence, pour que l’image reste nette sur la rétine quelle que soit la distance de l’objet : l’œil change sa lentille elle-même au lieu d’en changer.

4. 4.Le cas du myope.

   1.5 pt
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   Image en avant de la rétine, lentille divergente, vergence négative.

   Il faut relier trois éléments : la position de l’image, la lentille divergente, le signe négatif. 0,5 point par élément relié.

5. 5.Organisation et expression : introduction, paragraphes, conclusion, vocabulaire du cours.

   1 pt
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   Une introduction qui pose la question, deux paragraphes, une conclusion qui répond ; des connecteurs de cause.

   Une explication pour un camarade doit se lire d’un trait : chaque idée découle de la précédente.