Équation de la lentille mince
Cette expérience a pour but de mesurer la distance focale d’une lentille mince à l’aide de l’équation des points conjugués. Cette méthode ne permet de déterminer la distance focale que pour les lentilles minces.
Ce que les élèves apprennent
- La distance focale d’un système optique permet de mesurer son pouvoir de focalisation ou de divergence de la lumière ; une distance focale plus courte correspond à une puissance optique plus élevée.
- Lorsque l’épaisseur de la lentille est faible par rapport au rayon de courbure, on peut recourir à l’approximation de la lentille mince et le système peut être décrit par l’équation de la lentille mince
Les fondements scientifiques de cette expérience
Supposons que l’épaisseur de la lentille soit faible par rapport à sa courbure. Pour des lentilles aussi minces, le trajet de la lumière à travers la lentille elle-même ne contribue que très peu à la variation globale de la direction des rayons lumineux. En utilisant ce qu’on appelle l’approximation de la lentille mince, on peut décrire mathématiquement les propriétés d’une lentille convergente à l’aide de l’équation bien connue de la lentille mince.
La distance focale f est positive pour les lentilles convergentes et négative pour les lentilles divergentes. La valeur 1/f est appelée « puissance optique » de la lentille. La puissance d’une lentille s’exprime en dioptries, unités égales à l’inverse du mètre (m−1).
On dit que le point objet et le point image d’un système de lentilles sont des points conjugués.
Matériel utilisé
- Plan incliné avec 3 extrémités de rail différentes — MEC-053
- Support pour lentilles et miroirs de 50 mm de diamètre — OPT-003
- Curseur pour support — OPT-008
- Table Prism — OPT-010
- Lot de 4 lentilles sphériques biconvexes (diam. 50 mm), f = +50, +100, +150, +200 mm — OPT-022
- Lot de sept diaphragmes — OPT-004
- Grille en métal blanc, à mailles carrées de 140 mm, support de 10 mm de diamètre — OPT-011
- Support pour lames et diaphragmes — OPT-005
- Projecteur avec lampe halogène 12 V, 20 W — OPT-006
- Glissière pour projecteurs — OPT-009
Questions destinées aux élèves
- Déterminez la distance focale d’un objet de 5 cm de hauteur placé à 10 cm d’une lentille biconvexe dont la distance focale est de 15 cm.
- Que peut-on dire de la direction du faisceau traversant une lentille convergente ? Et dans le cas d’une lentille divergente ?
- D’après votre expérience quotidienne, quelle est l’une des utilisations les plus connues des lentilles ?
Réalisez cette expérience dans votre classe
Cette expérience s'inscrit dans le cadre d'ATP Volta, un laboratoire scientifique mobile autonome qui transforme une salle de classe ordinaire en véritable laboratoire dédié aux STEM, proposant plus de 200 expériences en physique, chimie, biologie, robotique et ingénierie. « Gali », le tuteur basé sur l'IA intégré à ATP Connect, guide les élèves à chaque étape et répond à leurs questions directement au poste de travail.
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