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TP : Le microscopeCommentaires : Compétence

expérimentale:Compte rendu: Bilan:

1)PrésentationUn microscope comprend trois systèmes optiques :

• Un miroir sphérique concave associé à un condenseur qui permet d'éclairer l'objet observé.

• L'objectif qui est un système optique constitué de plusieurs lentilles assimilables à une lentille convergente de très courte distance focale. (de l'ordre du mm). Le grandissement γ1 est gravé sur l'objectif (par exemple x4 x10 x40)

• L'oculaire qui est un système optique de distance focale de l'ordre du centimètre. L'oculaire est assimilable à une lentille convergente et joue le rôle dune loupe. Le grossissement G2 est gravé sur l'oculaire (par exemplex10)

2)Modélisation d'un microscope2.1)Montage

• Un microscope peut être modélisé par un enssemble de deux lentilles minces convergentes.

• Les deux lentilles ont le même axe optique et sont fixes l'une par rapport à l'autre.• Objet : Une lettre placée devant la lanterne• Objectif L1 : Une lentille convergente de vergence C1=8δ• Oculaire L2 : Une lentille convergente de vergence C2=3δ• La distance O1O2 devra rester constante dutrant toute la manipulation !• L'interval optique Δ est la distance qui sépare le foyer image F'1 de l'objectif du foyer objet F2

de l'oculaire : Δ =F'1F2 Dans un microscope l'intervalle optique est constante.

2.2)Préréglages du microscope• Placer l'objet (lettre) davant la source de lumière.• Disposer l'objectif et l'oculaire sur les supports et régler la hauteur des lentilles sur la

hauteur de l'objet.• Garder ensuite la distance entre ces deux lentilles constante.

2.2.1)Mesurer précisément la hauteur AB de l'objet, et la distance O1O2 et calculer la

valeur de l'intervalle optique Δ =F'1F2 AB =

2.2.2)Complèter le schéma du microscope sur la feuille de papier milimétré fournie, en dessinant, à l'échelle1/5ème sur l'axe horizontal et à l'échelle 1/2 sur l'axe vertical, les lentilles avec leur foyers et l'intervalle optique Δ. Positionner à l'échelle 1 le diaphragme sur l'objectif. Le schéma sera compléte progressivement.

2.3)Image intermédiaire A1B1 de l'objet AB par l'objectifSchématiquement, la correspondance entre objet et image pour l'objectif et l'oculaire est donnée ci-dessous :

2.3.1)On désire observer une image définitive A'B' à l'infini (observation sans fatigue de l'oeil): Où doit être placé l'image intermédiaire A1B1 par rapport à l'oculaire ? Exprimer O1A1 en fonction de f'1 et de Δ puis calculer la valeur de O1A1.

• Placer un écran blanc sur le banc optique là ou se forme l'image A1B1

• Déplacer l'objet AB de façon à former l'image A1B1 la plus nette possible sur l'écran. Noter la position de l'objet par rapport à l'objectif soit O1A (attention au signe !)

2.3.2)Quelles sont les caractéristiques de l'image A1B1 observée (taille et sens).Déterminer expérimentalement le grandissement de l'objectif (attention au signe)

2.3.3)En appliquant la relation de conjugaison calculer la position O1A de l'objet AB par rapport à l'objectif. Comparer avec l'expèrience.

2.3.4)Compléter le schéma du microscope : l'objet est représenté par une flèche verticale. Pour un trac soigné, dessiner l'image intermédiaire A1B1 puis tracer les rayons lumineux à partir de cette image pour retrouver la position de l'objet.

2.3.5)Comparer ∣γ1∣ et Δ

f ' 1 Etablir une relation entre les deux grandeurs.

2.4)Image définitive A'B'• Placer l'écran blanc après l'oculaire et déplacer-le jusqu'à obtenir un petit disque lumineux

bien net. Ce disque est le cercle oculaire du microscope (son étude sera réalisée plus loin).• Retirer l'écran et placer l'oeil au niveau du cercle oculaire. Observer l'objet à travers le

microscope.

2.4.1)L'image définitive est-elle droite ou renversée ?

2.4.2)Compléter le schéma du microscope en construisant l'image définitive A'B'

3)Grossissement G du microscope3.1)Définition

Le grossissement d'un microscope est le raport θ ' θ avec :

• θ' : angle sous lequel est vu l'image définitive par le microscope

• θ angle sous lequel est vu l'objet à l'oeil nu lorsqu'il est placé à la distance minimale de vision distincte: dm=25cm=0,25m

3.1.1)Dessiner l'angle θ' sur le schéma du microscope. Attention l'angle θ n'apparait pas sur le schéma.

3.1.2)Exprimer tanθ en fonction de AB et dm. Lorsque θ est petit on peut faire l'approximation tanθ=θ. Calculer θ.

3.1.3)Exprimer tan θ' en fonction de A1B1 et f'2

3.1.4)Calculer le grossissement G du microscope

Lorsqu'un microscope grossit G fois, cela signifie que l'objet est vu sous un angle G fois plus grand qu'avec l'oeil nu.

3.1.5)Le grossissement G2 de l'oculaire est : G2=θ ' θ1 où θ1 estl'angle sous lequel est vu

A1B1 à la distance dm. Montrer que G2=dm f ' 2

3.1.6)Montrer que litéralement G = ∣γ1∣ x G2 avec γ1 le grandissement de l'objectif L1

3.1.7)Montrer litéralement que ∣γ1∣ = Δ

f ' 1 et en déduire que G=Δ.dm

f ' 1 x f ' 2Calculer G et le comparer à la réponse de la question 3.1.4)

4)Cercle oculaire4.1)Définition

Définition :Le cercle oculaire est l'image de la monture de l'objectif ou de son diaphragme par l'oculaire.

4.2)Manipulation• Placer l'écran blanc derrière l'oculaire et retrouver le cercle oculaire du micoscope.• On note C le point d'intersection entre le cercle oculaire et l'axe optique.

4.2.1)Noter la position du cercle oculaire par rapport à l'oculaire et le diamètre du cercle oculaire dco. Noter également le diamètre du diaphragme noté dobj.O2C=dco=dobj=

4.2.2)Vérifier que le cercle oculaire est bien l'image de l'oculaire par l'objectif en plaçant un pointe de stylo contre l'objectif. Quelles sont vos observations .

4.2.3)A partir de la formule de conjugaison des lentilles calculer O2C.

4.2.4)Vérifier que O2C>f'2. Comparer la valeur calculée avec celle obtenue expérimentalement.

4.2.5)Calculer le diamètre du cercle oculaire dco et le comparer avec l'expèrience.

4.2.6)Construire le cercle oculaire en réalisant un nouveau schéma du microscope, mais sans placer l'objet et les images. On garde la même échelle horizontale et verticale.Déterminer sa position par rapport à l'oculaire et son diamètre sur le schéma puis dans la réalité.

4.2.7)Le cercle oculaire dépend-t-il de la taille et de la position de l'objet ?

• Le faisceau lumineux émergent de l'oculaire d'un microscope réel se concentre en un petit disque lumineux de diamètre inférieur à 2mm.

• Le diamètre de la pupille de l'observateur est généralement supérieur au diamètre du cercle oculaire : L'observateur reçoit alors un maximum de lumière lorsqu'il place son oeil au niveau du cercle oculaire.