Objectifs : les présentations PowerPoint suivantes doivent aider aussi bien les enseignants que les élèves à tracer des images à partir d'objets pour différents appareils d'optique. Il est conseillé de s'en servir par projection en classe. Il est nécessaire de télécharger les différentes présentations ou de les ouvrir sous Internet Explorer. Une visionneuse gratuite PowerPoint est disponible dans la rubrique logiciels si nécessaire. Le but des commentaires ci-dessous est de donner un exemple de fil conducteur utilisable au cours de la présentation.

1. Lentille convergente (54 ko)

Mettre en place l'axe optique. Le sens conventionnel de déplacement de la lumière est de gauche à droite.
Mettre en place la lentille et ses éléments caractéristiques : le centre, le foyer objet, le foyer image.
Placer l'objet AB, A est sur l'axe optique et B à proximité.
Tracer le rayon provenant de B et passant par le centre de la lentille : il n'est pas dévié.
Tracer le rayon provenant de B et parallèle à l'axe optique : il passe par le foyer image.
Tracer le rayon provenant de B et passant par le foyer objet : il ressort de la lentille parallèle à l'axe optique. Remarque : les trois rayons se coupent en un seul point. Le tracé de deux seulement aurait suffit.
Placer ainsi B' image de B à cette intersection.
Tracer la perpendiculaire pour obtenir A' image de A dans les conditions de Gauss.
Placer l'image A'B'

2. Déplacement progressif de l'image produite par une lentille convergente (50 ko)

Avec l'objet à l'infini, l'image est dans le plan focal de la lentille. A', image de A, est située au foyer image car ces deux points sont confondus sur l'axe. B' est obtenu comme image de B, le rayon provenant de B et passant par le centre n'étant pas dévié.
Si l'objet est entre l'infini et le foyer objet, la construction de l'image est celle de la séquence précédente. L'image est entre le foyer image et l'infini. Elle est renversée.
Avec l'objet au foyer objet, on constate que les rayons passant par le centre et parallèle à l'axe optique sont parallèles. Ils se croisent à l'infini avant la lentille (image virtuelle) ou après la lentille (image réelle). Ces deux images sont à l'infini.
Si l'objet est entre le foyer objet et la lentille, les rayons se croisent uniquement avant la lentille. L'image est virtuelle, n'est pas renversée, de grande taille et n'est visible qu'en regardant de la droite. On a l'effet de loupe.

3. Image formée par un miroir sphérique (67 ko)

Mettre en place l'axe optique. Le sens conventionnel de déplacement de la lumière est de gauche à droite.
Mettre en place le miroir sphérique et ses éléments caractéristiques : le centre, le foyer objet confondu avec le foyer image.

Placer l'objet AB à gauche du centre.
Le rayon provenant de B et passant par le centre n'est pas dévié. Après réflexion sur le miroir, il rebrousse chemin.
Le rayon provenant de B et passant par les foyers repart parallèlement à l'axe optique.
Le rayon parallèle à l'axe optique et provenant de B passe par les foyers après réflexion sur le miroir.
L'intersection donne B' image de B. Remarque : comme pour la lentille, deux rayons auraient suffit.
Tracer la perpendiculaire pour obtenir A' image de A dans les conditions de Gauss.
On obtient ainsi l'image A'B' renversée par rapport à AB.

4. Déplacement progressif de l'image produite par un miroir sphérique (45 ko)

Avec l'objet à l'infini, les rayons lumineux se croisent en F (ou F'). L'image est donc un point (une caustique dans la réalité). Ce phénomène est utilisé dans les fours solaires.
Lorsque l'objet est entre l'infini et les foyers, on retrouve la construction vue précédemment. L'image est renversée.
Si l'objet est entre les foyers et le miroir, les rayons se croisent après le miroir. L'image est virtuelle et de grande taille. Elle n'est pas renversée.

5. Image formée par un microscope (57 ko)

Placer l'axe optique et les éléments caractéristiques : un objectif de très petite distance focale, un oculaire de petite distance focale. La distance F'₁F₂ est constante, s'appelle l'intervalle optique et se note D.
L'objet et de petite taille et se place près du foyer objet de l'objectif. On construit l'image A₁B₁ de l'objet AB à travers l'objectif. Cette image intermédiaire est quasiment au foyer objet de l'oculaire.
L'image finale est l'image A'B' de l'objet intermédiaire A₁B₁ à travers l'oculaire. La construction des différents tracés donne une image A'B' à l'infini, inversée et de grande taille que l'on peut voir dans l'oculaire. Cet oculaire fait office de loupe.

6. Image formée par une lunette astronomique (45 ko)

Placer l'axe optique et les éléments caractéristiques : un objectif de grande distance focale, un oculaire de petite distance focale. Pour que le dessin soit visible, on exagère les échelles. Le foyer image de l'objectif est quasiment confondu avec le foyer objet de l'oculaire.
On construit en premier l'image donnée par l'objectif d'un objet situé à l'infini. L'image intermédiaire A₁B₁ est dans le plan focal image de l'objectif et donc dans le plan focal objet de l'oculaire.
L'image finale est l'image A'B' de l'objet intermédiaire A₁B₁ à travers l'oculaire. La construction des différents tracés donne une image A'B' à l'infini, inversée et de grande taille que l'on peut voir dans l'oculaire. Cet oculaire fait office de loupe. Les angles q et q' permettent de définir le grossissement.

7. Image formée par un télescope de Newton (85 ko)

Placer les deux axes optiques perpendiculaires et les éléments caractéristiques : un miroir principal de grande distance focale, un miroir plan à 45° et un oculaire de petite distance focale.
On construit en premier l'image donnée par l'objectif d'un objet situé à l'infini. L'image intermédiaire A₁B₁ est dans le plan focal image du miroir principal. B₁ s'obtient en traçant un rayon provenant de B et passant par les foyers. Ce rayon se réfléchit parallèlement à l'axe optique et B₁ est dans le plan focal. On place A₁ en traçant la perpendiculaire.
Pour construire A₂B₂ image de A₁B₁ par le miroir à 45°, on positionne la médiatrice passant par ce miroir puis on trouve les symétriques des points A₁ et B₁, ce qui revient à trouver la direction des rayons réfléchis. A₂B₂ doit se trouver très près du foyer objet de l'oculaire.
L'image finale est l'image A'B' de l'objet intermédiaire A₂B₂ à travers l'oculaire. La construction des différents tracés donne une image A'B' à l'infini, de grande taille que l'on peut voir dans l'oculaire. Cet oculaire fait office de loupe. Les angles q et q' permettent de définir le grossissement.

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Tracés d'images pour différents appareils d'optiques Denis Regaud Professeur Objectifs : les présentations PowerPoint suivantes doivent aider aussi bien les enseignants que les élèves à tracer des images à partir d'objets pour différents appareils d'optique. Il est conseillé de s'en servir par projection en classe. Il est nécessaire de télécharger les différentes présentations ou de les ouvrir sous Internet Explorer. Une visionneuse gratuite PowerPoint est disponible dans la rubrique logiciels si nécessaire. Le but des commentaires ci-dessous est de donner un exemple de fil conducteur utilisable au cours de la présentation. 1. Lentille convergente (54 ko) Mettre en place l'axe optique. Le sens conventionnel de déplacement de la lumière est de gauche à droite. Mettre en place la lentille et ses éléments caractéristiques : le centre, le foyer objet, le foyer image. Placer l'objet AB, A est sur l'axe optique et B à proximité. Tracer le rayon provenant de B et passant par le centre de la lentille : il n'est pas dévié. Tracer le rayon provenant de B et parallèle à l'axe optique : il passe par le foyer image. Tracer le rayon provenant de B et passant par le foyer objet : il ressort de la lentille parallèle à l'axe optique. Remarque : les trois rayons se coupent en un seul point. Le tracé de deux seulement aurait suffit. Placer ainsi B' image de B à cette intersection. Tracer la perpendiculaire pour obtenir A' image de A dans les conditions de Gauss. Placer l'image A'B' 2. Déplacement progressif de l'image produite par une lentille convergente (50 ko) Avec l'objet à l'infini, l'image est dans le plan focal de la lentille. A', image de A, est située au foyer image car ces deux points sont confondus sur l'axe. B' est obtenu comme image de B, le rayon provenant de B et passant par le centre n'étant pas dévié. Si l'objet est entre l'infini et le foyer objet, la construction de l'image est celle de la séquence précédente. L'image est entre le foyer image et l'infini. Elle est renversée. Avec l'objet au foyer objet, on constate que les rayons passant par le centre et parallèle à l'axe optique sont parallèles. Ils se croisent à l'infini avant la lentille (image virtuelle) ou après la lentille (image réelle). Ces deux images sont à l'infini. Si l'objet est entre le foyer objet et la lentille, les rayons se croisent uniquement avant la lentille. L'image est virtuelle, n'est pas renversée, de grande taille et n'est visible qu'en regardant de la droite. On a l'effet de loupe. 3. Image formée par un miroir sphérique (67 ko) Mettre en place l'axe optique. Le sens conventionnel de déplacement de la lumière est de gauche à droite. Mettre en place le miroir sphérique et ses éléments caractéristiques : le centre, le foyer objet confondu avec le foyer image. Placer l'objet AB à gauche du centre. Le rayon provenant de B et passant par le centre n'est pas dévié. Après réflexion sur le miroir, il rebrousse chemin. Le rayon provenant de B et passant par les foyers repart parallèlement à l'axe optique. Le rayon parallèle à l'axe optique et provenant de B passe par les foyers après réflexion sur le miroir. L'intersection donne B' image de B. Remarque : comme pour la lentille, deux rayons auraient suffit. Tracer la perpendiculaire pour obtenir A' image de A dans les conditions de Gauss. On obtient ainsi l'image A'B' renversée par rapport à AB. 4. Déplacement progressif de l'image produite par un miroir sphérique (45 ko) Avec l'objet à l'infini, les rayons lumineux se croisent en F (ou F'). L'image est donc un point (une caustique dans la réalité). Ce phénomène est utilisé dans les fours solaires. Lorsque l'objet est entre l'infini et les foyers, on retrouve la construction vue précédemment. L'image est renversée. Si l'objet est entre les foyers et le miroir, les rayons se croisent après le miroir. L'image est virtuelle et de grande taille. Elle n'est pas renversée. 5. Image formée par un microscope (57 ko) Placer l'axe optique et les éléments caractéristiques : un objectif de très petite distance focale, un oculaire de petite distance focale. La distance F'₁F₂ est constante, s'appelle l'intervalle optique et se note D. L'objet et de petite taille et se place près du foyer objet de l'objectif. On construit l'image A₁B₁ de l'objet AB à travers l'objectif. Cette image intermédiaire est quasiment au foyer objet de l'oculaire. L'image finale est l'image A'B' de l'objet intermédiaire A₁B₁ à travers l'oculaire. La construction des différents tracés donne une image A'B' à l'infini, inversée et de grande taille que l'on peut voir dans l'oculaire. Cet oculaire fait office de loupe. 6. Image formée par une lunette astronomique (45 ko) Placer l'axe optique et les éléments caractéristiques : un objectif de grande distance focale, un oculaire de petite distance focale. Pour que le dessin soit visible, on exagère les échelles. Le foyer image de l'objectif est quasiment confondu avec le foyer objet de l'oculaire. On construit en premier l'image donnée par l'objectif d'un objet situé à l'infini. L'image intermédiaire A₁B₁ est dans le plan focal image de l'objectif et donc dans le plan focal objet de l'oculaire. L'image finale est l'image A'B' de l'objet intermédiaire A₁B₁ à travers l'oculaire. La construction des différents tracés donne une image A'B' à l'infini, inversée et de grande taille que l'on peut voir dans l'oculaire. Cet oculaire fait office de loupe. Les angles q et q' permettent de définir le grossissement. 7. Image formée par un télescope de Newton (85 ko) Placer les deux axes optiques perpendiculaires et les éléments caractéristiques : un miroir principal de grande distance focale, un miroir plan à 45° et un oculaire de petite distance focale. On construit en premier l'image donnée par l'objectif d'un objet situé à l'infini. L'image intermédiaire A₁B₁ est dans le plan focal image du miroir principal. B₁ s'obtient en traçant un rayon provenant de B et passant par les foyers. Ce rayon se réfléchit parallèlement à l'axe optique et B₁ est dans le plan focal. On place A₁ en traçant la perpendiculaire. Pour construire A₂B₂ image de A₁B₁ par le miroir à 45°, on positionne la médiatrice passant par ce miroir puis on trouve les symétriques des points A₁ et B₁, ce qui revient à trouver la direction des rayons réfléchis. A₂B₂ doit se trouver très près du foyer objet de l'oculaire. L'image finale est l'image A'B' de l'objet intermédiaire A₂B₂ à travers l'oculaire. La construction des différents tracés donne une image A'B' à l'infini, de grande taille que l'on peut voir dans l'oculaire. Cet oculaire fait office de loupe. Les angles q et q' permettent de définir le grossissement.