Couleur – Vision – Image partie 1 : comment l’œil fonctionne-t-il ?

Couleur – Vision – Image partie 1 DUREE : 6h (évaluation non comprise) 2 séances de TP (1h30 ou 2h) 2 séances classe entière (1h30 ou 1h)

Introduction (situation déclenchante) De quels paramètres dépend la position de l’image nette A’B’ d’un objet AB, obtenue avec une lentille convergente ? photos tirées d’une animation flash : http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/quatrieme/optique/mise_au_point.htm

PARTIE 1 OBJECTIFS : Découverte des foyers et de la distance focale ; principe de la construction d’une image

Matériel disponible Banc d’optique Source de lumière Objet AB Lentilles convergentes Ecran

Les paramètres… La distance Objet – lentille notée OA (abscisse objet) La lentille repérée par sa vergence C (indication portée sur la monture)

Activité 1 (Etude paramètre 1) Travail avec une seule lentille dont le centre est pris pour origine (O) et placée au milieu du banc. Faire varier OA (abscisse objet), 3 ou 4 positions (encadrées) et mesurer OA’ (abscisse image) Mesurer la dimension de l’objet AB et de l’image A’B’

Etude paramètre 1 Tableau des résultats (pour les 3 ou 4 situations différentes) Construction graphique des différentes situations sur un modèle préétabli (échelle 1 verticalement, 1/10 horizontalement) ; sur tous les schémas, la lentille est placée au même endroit

Découverte du foyer image B A Objet AB O

A’ B’ Ecran Image A’B’ Objet AB B A O1

Etude paramètre 1 : EXPLOITATION A partir des situations étudiées, l’élève constate que le rayon issu de B et parallèle à l’axe passe toujours par le même point F’ et que O est aligné avec BB’. Compléter en traçant le rayon qui arrive en B’ parallèle à l’axe pour constater qu’il arrive de B en passant toujours par le même point F

Etude paramètre 1 : CONCLUSION Existence des foyers F et F’ Principe de construction d’une figure pour déterminer la position de l’image Relation vergence-distance focale

ACTIVITE 2 (Etude paramètre 2) Principe : On fixe la distance lentille-écran (analogie avec l’œil) On fait varier la vergence C en utilisant des lentilles différentes et on mesure la distance objet-lentille (Xo ou OA) permettant d’obtenir une image nette. Etablir le tableau de valeurs et faire les constructions graphiques des différentes situations

Etude paramètre 2 Conclusion Nécessité de faire varier la vergence selon la position de l’objet lorsque la distance lentille-écran est fixe Analogie avec l’œil Observation de la maquette et du principe de fonctionnement du cristallin

PARTIE 2 Objectifs : Modélisation et formule de conjugaison ; comparaison des modes de fonctionnement de l’œil et de l’appareil photo

Activité 3 : modélisation Objectif : établir la relation de conjugaison et du grandissement Démarche : utiliser le tableau de mesure de l’activité 1 (paramètre 1), pour construire le graphe y = f(x) où y = 1/OA’ et x = 1/OA Définir le grandissement et vérifier que les rapports A’B’/AB et OA’/OA sont égaux

Activité 4 : comparaison œil/appareil photo Principe : Maquette de l’œil : OA’ fixe et C variable (par changement de lentille) ; valeur initiale : 8d Maquette de l’appareil photo : C fixe (8d) et OA’ variable (par déplacement) Deux groupes travaillent en association, l’un sur l’œil , l’autre sur l’appareil photo

Activité 4 Situation 1 : On modélise un objet « à l’infini » et on compare les deux maquettes. Situation 2 : On place l’objet à 50 cm de la lentille ; la mise au point s’effectue par changement de lentille pour « l’œil » (10d) et par changement de la distance lentille/écran pour « l’appareil photo » (16,7 cm)

Travail en classe (3 semaines) Distance focale, vergence Effet loupe, images virtuelles Objet à l’infini Image à l’infini Grandissement et formule de conjugaison Exercices et contrôle