Terminale STL- SPCL Etude du microscope

observer mesurer : voir plus grand TP 2 - les ondes -

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Objectifs de la séance : Fonctionnement du microscope Prérequis : 1° SPCL : Mettre en œuvre expérimentalement des systèmes optiques imageurs ; identifier le rôle des éléments

essentiels en les désignant ; caractériser objet et image optiques. - Exploiter un modèle simplifié de l’oeil pour expliquer l’accommodation. Exploiter les notions de foyers, distance focale pour caractériser un système optique. - Exploiter les propriétés d'une lentille mince convergente pour prévoir qualitativement la position et la taille d'une image.

- Utiliser les relations de conjugaison pour prévoir la position et la taille d'une image obtenue à travers une lentille mince convergente ; réaliser une simulation numérique. - Déterminer expérimentalement la position et la taille d'une image.

Compétences évaluées : Objectifs et oculaires ;

Résolution d'un instrument d'optique. - Définir le grossissement et le pouvoir de résolution d'un microscope optique. - Modéliser un microscope optique par un système optique simple. - Réaliser et exploiter le tracé d'un faisceau de lumière pour décrire le principe du microscope.

- Exploiter les relations de conjugaison pour déterminer la position et la taille d'une image fournie par l'objectif d'un microscope.

Grossissement

Le microscope

1. Description Il est constitué de deux systèmes optiques :

- L’objectif, vers l’objet, qui est un système

convergent de distance focale très courte. - L’oculaire, vers l’œil, qui est aussi un système

convergent mais de distance focale un peu plus

grande.

2. Fonctionnement

L’objectif donne d’un petit objet AB une image

réelle renversée agrandie A1B1 mais qui est petite. L’oculaire donne de cette image intermédiaire qui

lui sert d’objet une image finale A’B’ agrandie et si

possible à l’infini pour que l’œil qui regarde dans

l’oculaire n’accommode pas. L’oculaire sert de loupe !

3. Construction des rayons lumineux à partir

d’un exemple

Partie 1 : Un petit objet AB de 2 mm est situé à gauche et à

15 cm de l’objectif constitué par une lentille

convergente L1 de distance focale 10 cm. L1 donne de l’objet AB une image que l’on notera A1B1 (à

visualiser sur un écran).

Une autre lentille convergente L2, de distance focale 20 cm, servant d’oculaire, est placé à droite de L1 telle que = F’1F2 = 25 cm,

s’appelle l’intervalle optique du microscope, il lui est caractéristique et donc fixe. En utilisant la formule de conjugaison et la formule du grandissement répondre aux questions

suivantes (voir en annexe) :

a) Calculer la position de l’image A1B1.

b) En déduire la position de A1B1 par rapport à L2.

c) Calculer la position de l’image A’B’ obtenue à travers L2 à partir de l’objet intermédiaire

A1B1. d) Calculer le grandissement 1 de la lentille L1. En déduire la taille de A1B1.

e) Calculer le grandissement 2 de la lentille L2. En déduire la taille de A’B’.

f) Réaliser la construction géométrique de l’ensemble optique. (Échelle horizontale conseillée 1 cm (ou 1 carreau) pour 5 cm

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4. Manipulation

Réaliser la manipulation précédente, vérifier l’exactitude des résultats trouvés et observer

avec votre œil l’image.

Attention il ne faut pas modifier l’ensemble L1L2.

5. Modélisation d’un microscope :

Partie 2 :

g) D’après le mode de fonctionnement du

microscope où doit se trouver l’image A’B’ ?

h) Pour respecter cette condition, devez-

vous avancer ou reculer l’objet (lanterne) ?

i) Réaliser ce réglage et observer l’image.

j) Représenter sur un schéma cette nouvelle situation (calculer le grandissement 1).

k) Laisser l’équivalent de 40 cm, avec l’échelle, à droite de L2 pour faire la question 7.c.

6. Grossissement

On rappelle que G le grossissement d’un instrument d’optique est égal au rapport de l’angle

’ de vision de A’B’ à travers l’instrument d’optique sur l’angle de vision directe à l’oeil nu

de l’objet AB placé au punctum proximum (dm = 25 cm). G= ’ / .

l) L’image intermédiaire A1B1 étant dans le plan focal objet de la lentille L2 que devient l’image finale A’B’ ?

m) Placer sur le schéma que ’ = tan ’ = A’B’/A’O2, l’exprimer aussi en fonction de A1B1 et

F2O2 d’une part, et de A1B1 et f’2 d’autre part.

n) Rappeler l’expression de 1 et de a, en déduire celle de G en fonction de 1, dm et f’2.

Le grossissement de l’oculaire, gravé sur celui-ci, est G2 = dm/f’2.

Le grossissement de l’objectif, gravé sur celui-ci, est 1, (égal au grandissement de L1 vu

précédemment).

o) Montrer que le grossissement commercial G = 1.G2.

6. Manipulation

Réaliser cette nouvelle situation et la faire constater au professeur.

7. Œil fictif

En plaçant une lentille L3, à droite de L2, suivie d’un écran, on simule un œil.

p) En prenant la situation précédente, où se forme l’image finale A3B3 à travers la lentille L3

(l’objet pour L3 n’est autre que A’B’, bien entendu…)? L’œil accommode-t-il ?

q) Réaliser l’expérience, relever la position de L3 pour obtenir sur l’écran une image A3B3. r) Compléter alors le schéma réalisé au j. Annexe :

Formule de conjugaison : Formule de grandissement :

O F’ F A

B A’

B’

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