Chapitre 2 : le microscope

Principe d'un microscope (Bac USA 2003)

Les élèves disposent du matériel suivant : banc d'optique, un objet lumineux AB de hauteur h = 0,5 cm, un écran, une lentille mince convergente L₁ de distance focale

f’₁ = 5 cm pour l'objectif et une lentille mince convergente L₂ de distance focale f’₂ = 20 cm pour l'oculaire.

Etude de l'objectif :la consigne reçue par les élèves est la suivante : placer l'objet à 6 cm devant la lentille L₁ et observer l'image nette sur l'écran. Noter la position de l'image, sa taille et calculer le grandissement de l'objectif.

Q1

a) Faire un schéma représentant l'objet AB, L₁ et l'image A₁B₁ donnée par L₁. On utilisera l’échelle suivante sur l’axe horizontal 1cm représente 5 cm.

b) Donner les noms des différents points, plans et axe de votre schéma.

c) En utilisant la relation de conjugaison et celle du grandissement, calculer la position et la taille de l'image ainsi que le grandissement g₁ de l'objectif.

d) Quelles sont les caractéristiques de l’image ?

Q2

a) Après avoir réalisé l'expérience un élève trouve une image A₁B₁ de hauteur 2,7 cm et située à 31 cm derrière la lentille. Ces mesures sont-elles compatibles avec les valeurs calculées ? Commenter.

b) Un élève n'ayant pas respecté la consigne, a placé l'objet à 4 cm devant la lentille. Pourquoi ne peut-il obtenir d'image sur l'écran ? Retrouver la mesure algébrique de la position de l’image A’ d’un point A de l’objet (se trouvant sur l’axe optique) par une construction graphique. Echelle 1/5.

Etude de l'oculaire :A₁B₁ joue le rôle d'objet pour l'oculaire. La consigne reçue est la suivante : enlever l'écran et placer la lentille L₂ de telle façon que l'image A₂B₂ donnée par L₂ soit à l'infini.

Q3

a) Où doit-on placer la lentille L₂ pour que la consigne soit respectée ?

b) Sur le schéma de la question Q1 représenter l'objet A₁B₁, L₂ et l'image A₂B₂ donnée par L₂.

Grossissement du microscope :

Q4

a) Calculer en radians, la valeur de l'angle a' sous lequel l'oeil voit l'image A₂B₂ dans le cas où A₁B₁ = 2,5 cm.

b) Calculer en radians, la valeur de l'angle a sous lequel l'oeil nu voit l'objet AB à une distance d = 25 cm.

c) En déduire la valeur du grossissement G = a' / a dans ces conditions.

d) Pour un microscope le grossissement commercial est donné par la relation G_c=C₂|g₁|d, C₂ étant la vergence de l'oculaire. Montrer que le grossissement G calculé correspond au grossissement commercial.