Fiche de révision : Lentille convergente et image
En bref
Une lentille convergente fait converger les rayons lumineux en un point appelé foyer. Elle permet de former une image réelle ou virtuelle d'un objet. L'œil fonctionne comme un système optique avec une lentille (cristallin) et un capteur (rétine). La lumière se propage en ligne droite et sa vitesse dans le vide est de 300 000 km/s. L'année-lumière est la distance parcourue par la lumière en un an. Les couleurs des objets dépendent de la lumière qu'ils réfléchissent.
Points clés
- Une lentille convergente est un milieu transparent limité par deux surfaces dont au moins une est bombée ; elle fait converger les rayons lumineux.
- Le centre optique O est le centre de la lentille ; tout rayon passant par O n'est pas dévié.
- Le foyer principal image F' est le point où convergent les rayons parallèles à l'axe optique après traversée de la lentille.
- La distance focale f' = OF' (en mètres) ; la vergence C = 1/f' (en dioptries δ).
- L'image d'un objet par une lentille convergente peut être réelle (projetable sur un écran) ou virtuelle (visible à travers la lentille).
- L'œil est modélisé par un diaphragme (pupille), une lentille convergente (cristallin) et un capteur (rétine).
- La couleur d'un objet dépend des longueurs d'onde qu'il diffuse ; un objet blanc diffuse toutes les couleurs, un objet noir les absorbe toutes.
Définitions & formules
Lentille convergente
Lentille qui fait converger les rayons lumineux parallèles en un point (foyer image).
Foyer principal image F'
Point où convergent les rayons lumineux parallèles à l'axe optique après traversée de la lentille.
Distance focale f'
Distance entre le centre optique O et le foyer image F' : f' = OF' (en mètres).
Vergence C
Inverse de la distance focale : C = 1/f' (en dioptries δ).
Année-lumière (al)
Distance parcourue par la lumière dans le vide en une année : 1 al ≈ 9,46 × 10^15 m.
Image réelle
Image formée par intersection réelle des rayons lumineux ; elle peut être projetée sur un écran.
Image virtuelle
Image formée par le prolongement des rayons lumineux ; elle ne peut pas être projetée sur un écran.
Méthode flash
- 1Pour construire l'image d'un objet par une lentille convergente, tracer au moins deux rayons issus d'un point de l'objet : un rayon passant par le centre optique O (non dévié), un rayon parallèle à l'axe optique (émergent en passant par F').
- 2L'intersection des rayons (ou de leurs prolongements) donne la position de l'image du point.
- 3Si l'objet est situé avant le foyer objet F, l'image est réelle, renversée et plus grande ou plus petite selon la distance. Si l'objet est entre F et O, l'image est virtuelle, droite et plus grande.
Exemple corrigé
Énoncé
Un objet est placé à 20 cm d'une lentille convergente de distance focale f' = 10 cm. Où se forme l'image ?
Résolution
L'objet est à 20 cm > f' (10 cm) donc l'image est réelle. En utilisant la construction : rayon passant par O non dévié, rayon parallèle à l'axe passant par F'. L'intersection se trouve à environ 20 cm de l'autre côté de la lentille. L'image est réelle, renversée, de même taille que l'objet.
Pièges à éviter
❌ Faux : L'image virtuelle peut être projetée sur un écran.
✅ Correct : L'image virtuelle ne peut pas être projetée ; elle est visible à travers la lentille.
❌ Faux : La vergence C est égale à la distance focale f'.
✅ Correct : La vergence C = 1/f' ; plus f' est petite, plus la lentille est convergente.
❌ Faux : Un objet noir diffuse toutes les couleurs.
✅ Correct : Un objet noir absorbe toutes les couleurs ; il ne diffuse aucune lumière visible.
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