Étude de quelques instruments optiques- exercices corrigés
📝Exercice 1 : Définitions essentielles
📚Termes à définir (d’après le cours) :
Loupe
Principe : L’objet doit être placé entre le centre optique et le foyer objet de la lentille. L’image obtenue est virtuelle, droite et plus grande que l’objet.
Cristallin (modélisation de l’œil)
Définition : Dans le modèle simplifié de l’œil, le cristallin est équivalent à une lentille mince convergente à distance focale variable. Il permet à l’œil d’accommoder pour obtenir une image nette sur la rétine.
Rôle : Faire varier sa vergence pour focaliser les objets proches ou lointains.
Rétine
Définition : La rétine est la membrane située au fond de l’œil. Elle joue le rôle d’un écran sur lequel se forme l’image renversée des objets. Elle envoie ensuite les signaux au cerveau via le nerf optique.
Fonction : Réception de l’image et transformation en influx nerveux.
Myopie (cause et correction)
Cause : Œil trop long et trop convergent. L’image d’un objet éloigné se forme avant la rétine (image floue).
Correction : On place une lentille divergente devant l’œil. L’image se forme alors sur la rétine.
Conséquence : Le myope voit mal les objets éloignés.
Hypermétropie (cause et correction)
Cause : Œil trop court et pas assez convergent. L’image d’un objet rapproché se forme après la rétine (image floue).
Correction : On place une lentille convergente devant l’œil. L’image se forme alors sur la rétine.
Conséquence : L’hypermétrope voit mieux les objets éloignés que les objets proches.
Accommodation de l’œil
Définition : L’accommodation est la capacité de l’œil à modifier la distance focale du cristallin (donc sa vergence) pour former une image nette sur la rétine, que l’objet soit proche ou lointain.
Exemple : Pour voir un objet proche, le cristallin devient plus convergent (plus bombé).
Image virtuelle (donnée par une loupe)
Définition : Une image virtuelle est une image qui ne peut pas être reçue sur un écran. Elle est obtenue lorsque les rayons lumineux semblent provenir d’un point situé du même côté que l’objet.
Cas de la loupe : L’objet étant entre le centre optique et le foyer objet, l’image formée est virtuelle, droite et agrandie.
Lentille convergente
Définition : Une lentille convergente est une lentille mince qui rapproche les rayons lumineux qui la traversent (les fait converger vers un foyer).
Rôle dans le cours : Elle constitue la loupe (faible distance focale). Elle corrige aussi l’hypermétropie en augmentant la convergence du système optique de l’œil.
❓Exercice 2 : Vrai ou Faux
📝Affirmations à évaluer sur la loupe, l’œil et les défauts visuels :
Une loupe est constituée d’une lentille divergente de faible distance focale (\(f\) quelques cm).
VRAI
FAUX
Pour qu’une lentille convergente agisse comme une loupe, l’objet \(AB\) doit être placé au-delà du foyer objet \(F\) (\(OA > OF\)).
VRAI
FAUX
L’image donnée par une loupe est réelle, renversée et plus petite que l’objet.
VRAI
FAUX
Dans l’œil, le cristallin se comporte comme une lentille convergente à distance focale variable.
VRAI
FAUX
L’image formée sur la rétine est droite par rapport à l’objet.
VRAI
FAUX
Un œil myope est trop court et pas assez convergent : l’image se forme après la rétine.
VRAI
FAUX
Pour corriger la myopie, on place une lentille convergente devant l’œil.
VRAI
FAUX
Un œil hypermétrope voit nettement les objets rapprochés mais a du mal avec les objets éloignés.
VRAI
FAUX
La correction de l’hypermétropie se fait à l’aide d’une lentille divergente.
VRAI
FAUX
L’accommodation est la capacité du cristallin à modifier sa distance focale pour obtenir une image nette sur la rétine.
VRAI
FAUX
✏️Exercice 4 : Compléter les phrases à trous (Instruments optiques)
📝Liste des mots disponibles :
convergente
divergente
virtuelle
renversée
cristallin
rétine
accommodation
myopie
hypermétropie
avant
après
droite
iris
pupille
🔤Phrases à compléter :
Une __________ est un instrument d’optique constitué d’une lentille __________ de faible distance focale.
Avec une loupe, lorsque l’objet est placé entre le centre optique et le foyer objet, l’image obtenue est __________, __________ et plus grande que l’objet.
Dans l’œil, le __________ joue le rôle d’une lentille convergente à distance focale variable, et l’image se forme sur la __________.
L’image formée sur la rétine est __________ par rapport à l’objet.
La __________ est la capacité du cristallin à modifier sa distance focale pour obtenir une image nette.
Un œil myope est trop long et trop convergent : l’image d’un objet éloigné se forme __________ de la rétine.
Pour corriger la __________, on place une lentille __________ devant l’œil.
Un œil hypermétrope est trop court et pas assez convergent : l’image d’un objet rapproché se forme __________ de la rétine.
Pour corriger l’__________, on place une lentille __________ devant l’œil.
L’__________ est un diaphragme qui contrôle la quantité de lumière entrant dans l’œil, et la __________ est l’ouverture par laquelle la lumière pénètre.
🔍Exercice 4 : Étude de la loupe
On considère une loupe constituée d’une lentille convergente de distance focale f = 3 cm. Un objet AB de hauteur 1,5 cm est placé perpendiculairement à l’axe optique à une distance OA = 2 cm du centre optique O.
Donner la définition de la loupe.
Construire géométriquement l’image A’B’ de l’objet AB donnée par la loupe.
Déduire les caractéristiques de l’image A’B’ (nature, sens, taille par rapport à l’objet).
Rappeler la condition de position de l’objet pour qu’une lentille convergente fonctionne comme une loupe.
🔍Exercice 5 : Étude d’une loupe – Construction et mesures
On considère une loupe constituée d’une lentille convergente. L’objet lumineux AB est placé perpendiculairement à l’axe optique. La figure ci-dessous représente la construction géométrique de l’image A’B’ (l’échelle n’est pas respectée).
Compléter la construction géométrique de l’image A’B’ sur la figure ci-dessus (trajectoire des rayons lumineux).
Remplir le tableau ci-dessous :
| \(OA\) | \(AB\) | \(f\) | \(OA’\) | \(A’B’\) | \(C = \frac{1}{f}\) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| …….. | …….. | …….. | …….. | …….. | …….. |
Donner les caractéristiques de l’image A’B’ (nature, sens, taille).
👁️Exercice 6 : Ordonnance ophtalmologique
Après avoir examiné Mr Ahmed qui souffre d’un problème de vue, le médecin ophtalmologue a rédigé l’ordonnance ci-après.
Centre Médical Ophtalmologique
Ordonnance
M. / Mme: Ahmed
OG
+1,25 δ
OD
+0,75 δ
Les lentilles convergentes ont une vergence positive et les lentilles divergentes ont une vergence négative.
Définir la vergence d’une lentille.
Que signifie OD et OG ?
Les yeux de M. Ahmed voient-ils de la même manière ?
Quelle est la vergence du verre de lunette gauche ? Déduire sa distance focale.
Les yeux de M. Ahmed ont-ils le même défaut ? Si oui, lequel ? Justifier la réponse.
👁️Exercice 7 : Schéma de l’œil – Association
Observe le schéma simplifié de l’œil ci-dessous. Associe à chaque lettre (a, b, c, d, e, f) la légende qui convient, choisie parmi les mots suivants :
Complète le tableau d’association :
| Lettre | Légende (structure de l’œil) |
|---|---|
| a | ………… |
| b | ………… |
| c | ………… |
| d | ………… |
| e | ………… |
| f | ………… |
👁️Exercice 8 : Défauts de l’œil – Myopie et Hypermétropie
Ali n’est pas capable de voir les objets trop éloignés.
Déterminer le nom du défaut de l’œil d’Ali.
Tracer le trajet des rayons lumineux dans l’œil d’Ali.
Proposer une solution à Ali pour corriger ce défaut.
Ahmed n’est pas capable de voir les objets proches.
Déterminer le nom du défaut de l’œil d’Ahmed.
Tracer le trajet des rayons lumineux dans l’œil d’Ahmed.
Proposer une solution à Ahmed pour corriger ce défaut.
👁️Exercice 9 : Étude de l’œil – Convergence et défauts visuels
Le schéma ci-dessous représente un œil et un petit objet (bougie d’anniversaire).
Où se forme l’image de l’objet observé ?
Dans quelle situation, l’œil est-il le plus convergent ?
Lequel des schémas (a) ou (b) représente un œil avec défaut ? Comment s’appelle ce défaut ?
Comment peut-on corriger ce défaut ?
👁️Exercice 10 : Modélisation de l’œil
Un œil peut être modélisé par un diaphragme, une lentille et un écran.
À quelles parties de l’œil correspondent ces éléments ?
| Élément du modèle | Partie de l’œil correspondante |
|---|---|
| Diaphragme | ………… |
| Lentille | ………… |
| Écran | ………… |
👁️Exercice 11 : Observation d’un bateau éloigné – Accommodation
Le schéma ci-contre représente un œil qui observe un bateau éloigné sans accommoder (a), puis le même œil observant le même objet après avoir accommodé (b).
Cet œil est-il myope ou hypermétrope ? Pourquoi ?
Où doit se former l’image pour avoir une vision nette de l’objet ?
Que se passe-t-il lorsque l’œil accommode ?
Pourquoi la vision de loin est-elle fatigante pour cet œil ?
Quel type de lentille faut-il pour corriger cet œil ?
Un œil myope peut-il voir un objet éloigné en accommodant ? Justifie ta réponse.
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