Étude de quelques instruments optiques
Une loupe est une lentille convergente utilisée avec un objet placé entre son foyer et son centre : l'image est virtuelle, droite et agrandie. Dans le modèle réduit de l'œil, une lentille convergente forme une image réelle sur un écran représentant la rétine. La myopie se corrige par une lentille divergente et l'hypermétropie par une convergente.
À la fin de ce chapitre, vous saurez
- Expliquer la position de l'objet et l'image obtenue avec une loupe
- Construire une image virtuelle avec les prolongements des rayons
- Associer les parties de l'œil au modèle réduit
- Expliquer l'accommodation
- Distinguer myopie et hypermétropie et leurs corrections
PrérequisFoyers et rayons particuliers d'une lentille convergente · Images réelles et virtuelles ; récepteurs de lumière
Un bon cours, ça se partage.
Comment une loupe agrandit-elle les détails ?
Définition
Loupe : Une loupe est une lentille convergente qui permet d'observer une image virtuelle, droite et agrandie d'un petit objet. Pour ce fonctionnement, l'objet doit être placé entre le foyer objet F et le centre optique O : sa distance à la lentille est inférieure à la distance focale.
Lorsque tu approches une loupe d'un texte, les lettres peuvent sembler plus grandes tout en restant à l'endroit. Ce résultat ne signifie pas que l'objet a changé de taille. La lentille change la direction des rayons qui arrivent à l'œil. Si tu éloignes trop la loupe du texte, tu ne restes plus dans le même cas de formation d'image.
Placer un petit objet
Une loupe a une distance focale de 8 cm. Peut-on placer l'objet à 5 cm ou à 12 cm pour obtenir l'image virtuelle agrandie étudiée ?
- À 5 cm : la distance est inférieure à 8 cm, donc l'objet est entre F et O.
- L'image est virtuelle, droite et agrandie : c'est le fonctionnement recherché.
- À 12 cm : l'objet est au-delà du foyer, donc on obtient un autre cas, avec une image réelle renversée pouvant être recueillie sur un écran bien placé.
Comment construire l'image donnée par une loupe ?
Méthode
Construire l'image virtuelle
- Dessiner la lentille convergente, l'axe, O, F et F′.
- Placer l'objet AB entre F et O.
- Depuis B, tracer un rayon parallèle à l'axe, qui ressort en direction de F′, et un rayon passant par O sans déviation.
- Les rayons émergents s'écartent : prolonger leurs supports vers l'arrière en pointillés.
- Leur intersection donne B′ du côté de l'objet. Placer A′ sur l'axe à sa verticale.
- Conclure : image virtuelle, droite, agrandie. Les pointillés ne représentent pas une lumière remontant vers l'objet.
Attention
Une image virtuelle peut être vue en regardant à travers la loupe, mais elle ne peut pas être recueillie sur un écran placé à son emplacement apparent. « Virtuelle » ne veut pas dire que l'œil ne voit rien.
Quelles parties de l'œil interviennent dans la vision ?
La lumière entre par la cornée, puis traverse l'ouverture appelée pupille. L'iris règle la taille de cette ouverture et donc la quantité de lumière admise. Le système optique, comprenant notamment la cornée et le cristallin, fait converger les rayons. La rétine, au fond de l'œil, reçoit l'image et transforme l'information lumineuse en messages nerveux.
| Œil réel | Modèle réduit | Fonction |
|---|---|---|
| Iris et pupille | Diaphragme | Régler l'ouverture par laquelle la lumière entre. |
| Système optique de l'œil | Lentille convergente | Faire converger la lumière. |
| Rétine | Écran | Recevoir une image réelle. |
Le modèle réduit garde les fonctions utiles sans reproduire toute l'anatomie. L'image sur la rétine est réelle, renversée et généralement réduite pour les objets usuels. Nous ne décrivons pas pour autant le monde comme renversé : la perception visuelle résulte du traitement des informations par le système nerveux.
Qu'est-ce que l'accommodation ?
Définition
Accommodation : L'accommodation est l'adaptation de la forme du cristallin permettant de conserver une image nette sur la rétine lorsque la distance de l'objet change. Pour voir un objet proche, le cristallin devient plus bombé et le système plus convergent.
Dans un appareil scolaire à écran mobile, on peut déplacer l'écran pour rechercher l'image nette. Dans l'œil, la distance entre le système optique et la rétine reste pratiquement fixe : c'est surtout la convergence qui s'adapte. Cette différence explique pourquoi « l'œil avance sa rétine pour voir de près » est une mauvaise réponse.
Comment distinguer la myopie et l'hypermétropie ?
| Défaut dans le modèle au repos | Pour un objet éloigné | Correction |
|---|---|---|
| Myopie | Les rayons convergent avant la rétine ; la vision de loin est floue. | Lentille divergente devant l'œil. |
| Hypermétropie | Sans accommodation, les rayons tendent à converger derrière la rétine ; la vision de près demande un effort accru. | Lentille convergente devant l'œil. |
Pour un œil myope, la lentille divergente réduit la convergence de l'ensemble et ramène l'image sur la rétine. Pour un œil hypermétrope, la lentille convergente augmente la convergence de l'ensemble. On ne choisit donc pas la correction d'après le mot « flou » seul : on commence par placer l'image par rapport à la rétine dans le schéma donné.
Lire un schéma de défaut visuel
Les rayons issus d'un point éloigné se croisent avant la rétine d'un œil au repos. Que conclure ?
- La convergence est trop forte dans ce modèle : il s'agit de myopie.
- Une lentille divergente placée avant l'œil permet de réduire la convergence de l'ensemble.
- Le schéma corrigé doit montrer une convergence sur la rétine, pas simplement porter le nom d'une lentille.
Comment comparer les instruments sans les confondre ?
La loupe donne une image virtuelle observée à travers une lentille. L'œil forme une image réelle sur sa rétine. Un appareil photographique forme lui aussi une image réelle sur un capteur, ce qui permet une comparaison simple ; sa mise au point peut modifier la position de l'objectif. Le microscope utilise plusieurs lentilles : son étude détaillée dépasse les constructions demandées ici. Les deux instruments centraux de cette leçon restent la loupe et l'œil.
Attention
Ces schémas servent à comprendre le cours, pas à établir un diagnostic ou une correction de lunettes. Ne regarde jamais le Soleil avec une loupe ou un autre instrument optique.
Questions fréquentes
Où placer l'objet pour obtenir une image agrandie avec une loupe ?
Quels éléments composent le modèle réduit de l'œil en 2AC ?
Quelle différence entre myopie et hypermétropie ?
Comment l'œil fait-il la mise au point ?
Quiz : 12 questions sur ce chapitre
12 questions tirées au hasard parmi les 12 de ce chapitre : le quiz est différent à chaque visite. Une seule réponse est correcte, et vous voyez immédiatement si la vôtre l'est.
Q1Une loupe usuelle est une lentille…
Réponse incorrecte
La loupe utilise une lentille convergente avec un objet placé avant son foyer.
Bonne réponse : convergente
La loupe utilise une lentille convergente avec un objet placé avant son foyer.
Q2Pour utiliser la loupe dans ce cours, l'objet est…
Réponse incorrecte
La distance objet-lentille doit être inférieure à la distance focale.
Bonne réponse : entre F et O
La distance objet-lentille doit être inférieure à la distance focale.
Q3L'image donnée par la loupe est alors…
Réponse incorrecte
Les prolongements des rayons émergents donnent une image virtuelle du côté de l'objet.
Bonne réponse : virtuelle, droite et agrandie
Les prolongements des rayons émergents donnent une image virtuelle du côté de l'objet.
Q4Dans le modèle réduit de l'œil, la rétine correspond…
Réponse incorrecte
La rétine reçoit l'image, comme un écran dans un montage scolaire.
Bonne réponse : à l'écran
La rétine reçoit l'image, comme un écran dans un montage scolaire.
Q5Quelle partie règle l'ouverture d'entrée de la lumière ?
Réponse incorrecte
L'iris règle la taille de la pupille, comme un diaphragme.
Bonne réponse : L'iris autour de la pupille
L'iris règle la taille de la pupille, comme un diaphragme.
Q6L'image sur la rétine est…
Réponse incorrecte
Le système optique de l'œil forme une image réelle sur la rétine.
Bonne réponse : réelle et renversée
Le système optique de l'œil forme une image réelle sur la rétine.
Q7L'accommodation modifie principalement…
Réponse incorrecte
Le cristallin s'adapte pour que l'image reste nette sur une rétine pratiquement fixe.
Bonne réponse : la forme du cristallin et la convergence
Le cristallin s'adapte pour que l'image reste nette sur une rétine pratiquement fixe.
Q8Un œil myope au repos focalise un point éloigné…
Réponse incorrecte
Le système est trop convergent dans ce modèle et l'image se forme avant la rétine.
Bonne réponse : avant la rétine
Le système est trop convergent dans ce modèle et l'image se forme avant la rétine.
Q9La correction de la myopie utilise…
Réponse incorrecte
Une lentille divergente réduit la convergence de l'ensemble œil-correction.
Bonne réponse : une lentille divergente
Une lentille divergente réduit la convergence de l'ensemble œil-correction.
Q10Pour un œil hypermétrope au repos, l'image d'un objet éloigné tend à se former…
Réponse incorrecte
Sans accommodation, la convergence est insuffisante pour que l'image se forme sur la rétine.
Bonne réponse : derrière la rétine
Sans accommodation, la convergence est insuffisante pour que l'image se forme sur la rétine.
Q11La correction de l'hypermétropie utilise…
Réponse incorrecte
La lentille convergente augmente la convergence et permet de ramener l'image sur la rétine.
Bonne réponse : une lentille convergente
La lentille convergente augmente la convergence et permet de ramener l'image sur la rétine.
Q12Les pointillés d'une construction d'image virtuelle représentent…
Réponse incorrecte
Les rayons réels continuent vers l'œil ; leurs prolongements indiquent seulement la position apparente de l'image.
Bonne réponse : des prolongements géométriques
Les rayons réels continuent vers l'œil ; leurs prolongements indiquent seulement la position apparente de l'image.
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Le chapitre est à revoir en entier
Ne recommencez pas le quiz tout de suite : relisez d'abord tout le cours, en refaisant sur votre cahier chaque exemple guidé au lieu de le lire. Enchaînez avec les exercices « facile », correction masquée, puis revenez ici. C'est en une seule séance de travail que la note change.
À revoir : 12 questions manquées
Une loupe usuelle est une lentille…
Bonne réponseconvergente
La loupe utilise une lentille convergente avec un objet placé avant son foyer.
Pour utiliser la loupe dans ce cours, l'objet est…
Bonne réponseentre F et O
La distance objet-lentille doit être inférieure à la distance focale.
L'image donnée par la loupe est alors…
Bonne réponsevirtuelle, droite et agrandie
Les prolongements des rayons émergents donnent une image virtuelle du côté de l'objet.
Dans le modèle réduit de l'œil, la rétine correspond…
Bonne réponseà l'écran
La rétine reçoit l'image, comme un écran dans un montage scolaire.
Quelle partie règle l'ouverture d'entrée de la lumière ?
Bonne réponseL'iris autour de la pupille
L'iris règle la taille de la pupille, comme un diaphragme.
L'image sur la rétine est…
Bonne réponseréelle et renversée
Le système optique de l'œil forme une image réelle sur la rétine.
L'accommodation modifie principalement…
Bonne réponsela forme du cristallin et la convergence
Le cristallin s'adapte pour que l'image reste nette sur une rétine pratiquement fixe.
Un œil myope au repos focalise un point éloigné…
Bonne réponseavant la rétine
Le système est trop convergent dans ce modèle et l'image se forme avant la rétine.
La correction de la myopie utilise…
Bonne réponseune lentille divergente
Une lentille divergente réduit la convergence de l'ensemble œil-correction.
Pour un œil hypermétrope au repos, l'image d'un objet éloigné tend à se former…
Bonne réponsederrière la rétine
Sans accommodation, la convergence est insuffisante pour que l'image se forme sur la rétine.
La correction de l'hypermétropie utilise…
Bonne réponseune lentille convergente
La lentille convergente augmente la convergence et permet de ramener l'image sur la rétine.
Les pointillés d'une construction d'image virtuelle représentent…
Bonne réponsedes prolongements géométriques
Les rayons réels continuent vers l'œil ; leurs prolongements indiquent seulement la position apparente de l'image.
Exercices corrigés
10 exercices classés du plus simple au plus difficile. Cherchez d'abord seul, puis révélez la correction rédigée étape par étape.
Exercice 1
FacileUne loupe a f = 12 cm. Choisir entre 7 cm et 18 cm pour obtenir une image virtuelle agrandie.
Correction
Choisir 7 cm : l'objet est à une distance inférieure à f, entre le foyer et le centre. À 18 cm, il est au-delà du foyer.
Exercice 2
FacileAssocier iris-pupille, système optique et rétine à lentille convergente, diaphragme et écran.
Correction
Iris-pupille : diaphragme. Système optique : lentille convergente. Rétine : écran. Le modèle conserve les fonctions principales.
Exercice 3
FacileQuel type de lentille corrige la myopie ? Et l'hypermétropie ?
Correction
La myopie est corrigée par une lentille divergente ; l'hypermétropie par une lentille convergente.
Exercice 4
MoyenComparer l'image observée avec une loupe utilisée correctement et l'image reçue sur la rétine.
Correction
La loupe fournit une image virtuelle, droite et agrandie. L'image sur la rétine est réelle et renversée. Les deux mots décrivent des positions différentes dans la chaîne optique.
Exercice 5
MoyenUn élève passe de la vue d'un bâtiment éloigné à celle de son cahier. Quel changement assure normalement la netteté sur la rétine ?
Correction
Le cristallin s'adapte par accommodation. Pour l'objet proche, il se bombe davantage et la convergence augmente ; la rétine ne se déplace pas vers l'avant.
Exercice 6
MoyenPour un objet entre F et O, les deux rayons émergents tracés ne se croisent pas après la lentille. Comment obtenir B′ ?
Correction
Prolonger vers l'arrière en pointillés les supports des rayons émergents. Leur intersection du côté de l'objet est B′. Ces pointillés ne sont pas des rayons réels retournant en arrière.
Exercice 7
MoyenPour un objet éloigné, un œil au repos forme son image avant la rétine. Identifier le défaut et justifier la correction.
Correction
C'est la myopie. Une lentille divergente diminue la convergence de l'ensemble et permet de déplacer l'image vers la rétine.
Exercice 8
DifficileUn schéma d'œil au repos montre des rayons qui se rencontreraient derrière la rétine. Que représentent les prolongements ? Quelle correction convient ?
Correction
Ils indiquent la position où les rayons convergeraient si la rétine ne les interceptait pas. Le modèle correspond à l'hypermétropie. Une lentille convergente augmente la convergence pour former l'image sur la rétine.
Exercice 9
DifficileAvec f = 6 cm, l'objet passe de 4 cm à 9 cm de la loupe. Comparer la nature et le sens des images.
Correction
À 4 cm, l'objet est entre F et O : image virtuelle et droite. À 9 cm, il est au-delà du foyer et entre f et 2f : image réelle, renversée et agrandie. Une lentille convergente ne donne donc pas toujours le même type d'image.
Exercice 10
DifficileUn modèle d'œil déplace l'écran pour faire la mise au point tout en gardant la même lentille. Quel aspect de l'œil réel ne reproduit-il pas correctement ?
Correction
Il ne reproduit pas l'accommodation : dans l'œil, la distance à la rétine reste pratiquement fixe et la convergence change par adaptation du cristallin. Le modèle montre la formation d'image, mais sa mise au point doit être interprétée avec cette limite.