Mademoiselle Physique
Seconde · Exercices

Les lentilles convergentes en pratique

Un QCM de révision puis sept exercices d’application pour construire une image, calculer un grandissement et déterminer une distance focale.

Exercice 01

QCM éclair

Choisir la ou les bonnes réponses.

  1. Le symbole d’une lentille mince convergente est une double flèche dont les pointes sont dirigées :
    • vers l’intérieur.
    • vers l’extérieur.
    • il n’y a pas de pointes.
  2. Un rayon parallèle à l’axe optique, après avoir traversé une lentille convergente, passe par :
    • le foyer objet F.
    • le foyer image F′.
    • le centre optique O.
  3. Un rayon passant par le foyer objet F avant la lentille en ressort :
    • parallèle à l’axe optique.
    • en passant par F′.
    • sans être dévié.
  4. Le grandissement γ est défini par :
    • γ = AB / A′B′.
    • γ = A′B′ / AB = OA′ / OA.
    • γ = OA / OA′.
  5. Si |γ| < 1, l’image obtenue est :
    • plus grande que l’objet.
    • plus petite que l’objet.
    • de même taille que l’objet.
  6. Dans le modèle de l’œil réduit, la rétine est modélisée par :
    • un diaphragme.
    • une lentille convergente.
    • un écran.
  7. Lorsque l’œil accommode pour observer un objet proche :
    • la distance cristallin-rétine varie.
    • le cristallin se déforme et sa distance focale varie.
    • l’iris change de couleur.
  8. Pour qu’une image soit vue nette, il faut qu’elle se forme :
    • exactement sur la rétine.
    • n’importe où dans l’œil.
    • avant le cristallin.
Exercice 02

Construction et grandissement

DonnéesObjet AB de 3,0 cm, perpendiculaire à l’axe optique, à 15 cm à gauche d’une lentille mince convergente de distance focale f′ = 6,0 cm. Échelles horizontale et verticale : 1/3.
  1. Schématiser la situation et construire l’image A′B′ de l’objet AB.
  2. Déterminer le grandissement γ.
  3. Déterminer, à partir du grandissement, la position de l’image A′B′.
  4. Prévoir comment varient la position et la taille de l’image si l’objet AB est placé à 10 cm à gauche de la lentille, puis vérifier par une construction graphique.
  5. Que peut-on prévoir si l’objet est placé à 4,0 cm à gauche de la lentille ?
Exercice 03

Image d’une bougie sur un écran

DonnéesUne bougie de taille 5,0 cm, située à 20 cm à gauche d’une lentille, donne une image réelle sur un écran situé à 1,4 m à droite de la lentille.
  1. Calculer la taille A′B′ de l’image obtenue.
Penser à convertir toutes les distances dans la même unité avant d’utiliser le grandissement.
Exercice 04

Un objet de plus en plus loin

DonnéesUn objet AB de 2 cm de long se trouve à une distance d d’une lentille convergente dont la distance focale est de 5 cm.
  1. Construire sur un même schéma, à l’échelle 1, les images données par la lentille pour d = 8 cm, puis d = 12 cm, puis d = 15 cm.
  2. Si l’on continue à augmenter d, indiquer vers quelle position se rapproche l’image A′B′.
Exercice 05

Photographier la tour Eiffel

DonnéesUne touriste se trouve à 350 m de la tour Eiffel, haute de 320 m. Son appareil est muni d’un téléobjectif de distance focale 135 mm. Le capteur mesure 24 × 36 mm.
  1. Déterminer à quelle distance de la lentille se forme l’image de la tour Eiffel.
  2. Calculer la taille de l’image obtenue. Tient-elle entièrement sur le capteur ? Justifier.
  3. Calculer la distance minimale entre la tour Eiffel et la touriste pour que l’image tienne en entier sur le capteur.
Exercice 06

Choisir une lentille de projection

DonnéesUne professeure souhaite projeter l’image d’un objet AB de 2 cm sur un écran situé à 1 m de la lentille, avec un grandissement de valeur absolue égale à 5. Elle dispose de lentilles de distances focales 5 cm, 10 cm et 16 cm.
  1. Calculer la taille de l’image obtenue.
  2. Déterminer à quelle distance de la lentille l’objet doit être placé.
  3. Faire un schéma à l’échelle horizontale 1 cm pour 10 cm et verticale 1 cm pour 2 cm, en faisant apparaître les foyers.
  4. En déduire laquelle des trois lentilles doit être choisie.
Exercice 07

Système à deux lentilles

DonnéesDeux lentilles convergentes L₁ et L₂ sont placées sur un banc optique. L₁, de centre O₁ et de distance focale f′₁ = 20 cm, est placée à 60 cm d’un objet AB et donne A₁B₁. Cette image devient l’objet de L₂, de centre O₂ et de distance focale f′₂ = 30 cm, placée à 50 cm de A₁B₁.
  1. Construire l’image A₁B₁ de AB donnée par L₁ à l’échelle 1 cm pour 10 cm.
  2. Déterminer le grandissement γ₁ associé à L₁.
  3. Construire, avec la même échelle, l’image A₂B₂ de A₁B₁ donnée par L₂.
  4. Déterminer le grandissement total γ du système.
  5. Montrer que γ = γ₁ × γ₂.
Exercice 08

Mesurer une distance focale inconnue

DonnéesOn dispose d’une lentille mince convergente de 6,0 cm de diamètre, de distance focale f′ inconnue.
  1. Décrire une méthode simple, n’utilisant qu’une règle graduée, pour obtenir une valeur approchée de f′.
  2. Sur un banc optique, l’objet AB de 1,5 cm est à la graduation 0 et l’écran à 90,0 cm. Une position de la lentille donne une image renversée de 3,0 cm. Sur un schéma à l’échelle 1/5 horizontalement et 1/1 verticalement, représenter l’objet et l’image, déterminer graphiquement O et F′, puis lire f′, OA et OA′.