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Exercices Objectif Bac
P.527-528

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Objectif
Pictogramme de Bac





Comprendre les attendus

29
Lunette de Kepler

COM : Rédiger correctement une résolution d’exercice
APP : Faire un schéma

D’après le sujet Bac S, Nouvelle-Calédonie, 2005.

Une lunette de Kepler est constituée de deux lentilles minces convergentes, d’axe optique commun. L’objectif a une distance focale mm et l’oculaire de distance focale mm.


PC - chapitre 19 - Lunette astronomique - exercice 29

1. Modifier le schéma ci‑dessus à l’échelle cm ⟷ cm en plaçant la lentille de telle façon que le foyer objet de l’oculaire coïncide avec le foyer image de l’objectif.
Pour écrire sur ce schéma, veuillez cliquer sur l'image et utiliser notre outil de dessin.

2. L’objectif donne de l’astre observé à l’infini une image . Construire graphiquement l’image intermédiaire .

Couleurs
Formes
Dessinez ici

3. Préciser la position de l’image donnée par l’oculaire.


4. Compléter la figure en traçant un rayon émergeant de la lunette. Justifier le tracé. On notera l’angle sous lequel on voit l’image à travers l’oculaire.

5. Après avoir rappelé la définition du grossissement , montrer qu’il correspond au rapport entre les distances focales. Le calculer pour cette lunette.


On rapproche l’oculaire de 5 mm de l’objectif.

6. Refaire le schéma et tracer l’image définitive à travers cette lunette. Préciser la différence notable entre les deux réglages.

Couleurs
Formes
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Détails du barème

TOTAL / 6 pts
1. Placer correctement la lentille .
0,5 pt
2. Construire l’image .
1 pt
3. Justifier la localisation de l’image .
0,5 pt
4. Tracer le rayon en sortie de la lunette.
0,5 pt
5. Définir en fonction des angles d’observation.
0,5 pt
Démontrer que .
1 pt
Effectuer l’application numérique.
0,5 pt
6. Tracer l’image obtenue.
1 pt
Préciser les différences constatées.
0,5 pt
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30
Cercle oculaire

COM : Rédiger correctement une résolution d’exercice
VAL : Respecter le nombre de chiffres significatifs

D’après le sujet Bac S, Polynésie, 2008.

Un astronome observe un objet considéré à l’infini à l’aide d’une lunette astronomique. Le foyer image de l’objectif est confondu avec le foyer objet de l’oculaire.

PC - chapitre 19 - Lunette astronomique - exercice 30

1. Construire l’image intermédiaire .
Pour écrire sur ce schéma, veuillez cliquer sur l'image et utiliser notre outil de dessin.

2. Tracer deux rayons issus de et émergeant de l’oculaire.

Le cercle oculaire est l’image du bord circulaire de l’objectif qui est formée par l’oculaire.

3. Construire le cercle oculaire sur le schéma.

4. À l’aide du théorème de Thalès, exprimer le diamètre du cercle oculaire en fonction du diamètre de l’objectif et des distances focales des deux lentilles.


5. On observe le cercle oculaire sur un écran.
Sachant que le diamètre de l’objectif est de cm, déterminer le grossissement de la lunette astronomique.


Photo du cercle oculaire de la lunette astronomique

PC - chapitre 19 - Lunette astronomique - exercice 30 - Photo du cercle oculaire de la lunette astronomique

Une graduation équivaut à mm
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31
Lunette à trois lentilles

RAI/ANA : Construire un raisonnement
REA/MATH : Utiliser des outils mathématiques

Si la lunette astronomique présente de nombreux avantages (praticité, simplicité), elle a aussi quelques défauts. On s’intéresse à une amélioration possible de l’instrument à l’aide d’une troisième lentille.

I. Lunette astronomique

Dans un premier temps, on considère une lunette astronomique comprenant un objectif et un oculaire de distances focales respectives cm et cm

1. Faire un schéma de la lunette astronomique comportant le tracé de deux rayons parallèles arrivant avec un angle avec l’axe optique.

Couleurs
Formes
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2. Montrer que le grossissement peut s’écrire :


II. Ajout d’une troisième lentille

On ajoute une troisième lentille, notée , afin d’augmenter le grossissement, mais aussi de redresser l’image afin d’avoir une image droite. Cette lentille est intercalée entre l’objectif et l’oculaire. On notera sa distance focale, l’image par l’objectif et l’image de par la lentille .
Le foyer objet de est situé entre et et le foyer image de est placé entre et .

1. Afin de garder une image à l’infini à la sortie de l’oculaire, préciser où doit se former l’image .


2. Compléter le schéma avec le tracé de deux rayons inclinés par rapport à l’axe optique. On placera notamment les foyers objet et image de la lentille .

3. Justifier le sens de l’image finale.


étant le grossissement de cette lunette à trois lentilles, on peut démontrer que :
avec

4. Préciser la condition nécessaire sur pour que le grossissement soit plus grand que .


5. Étant donné l’expression de , conclure quant à la possibilité de réaliser physiquement ces conditions.


Lunette à trois lentilles

PC - chapitre 19 - Lunette astronomique - exercice 31 - Lunette à trois lentilles
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32
Microscope

RAI/ANA : Construire un raisonnement
COM : Rédiger correctement une résolution d’exercice

Le microscope est un instrument similaire à la lunette astronomique, utilisé pour observer des objets proches et de petite taille. On note la distance focale de la lentille et la distance focale de la lentille .

1. Les lentilles sont placées pour que l’image par la lentille se forme au foyer objet de la lentille .
Expliquer pourquoi.


2. Construire l’image de l’objet situé à la distance de la lentille par la lentille , que l’on notera .

Couleurs
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3. sert alors d’objet pour la lentille . Placer la lentille et construire l’image finale par le microscope.

On note l’angle d’observation de à l’œil nu et l’angle entre l’axe optique et les rayons à la sortie de la lentille .

4. Montrer, dans l’approximation des petits angles, que :
et


5. Démontrer que le grossissement s’écrit avec à définir.


On souhaite observer un objet à travers ce microscope de grossissement à l’œil nu. Ce dernier est modélisé par une lentille mince convergente de focale mm. L’image finale à travers l’oeil mesure cm.

6. Compléter le schéma en ajoutant l’œil sur le schéma et compléter le tracé des rayons.
Pour écrire sur ce schéma, veuillez cliquer sur l'image et utiliser notre outil de dessin.

7. Calculer .


8. En déduire alors une valeur de .


9. À l’aide de la question 5., calculer la valeur de la distance entre la lentille et le point .


10. Exprimer l’angle en fonction de la distance et de la taille de l’objet . En déduire la valeur de .


Données
  • Distance focale de l’objectif : mm
  • Distance focale de l’oculaire : cm
  • Grossissement du microscope :

Schéma du microscope

PC - chapitre 19 - Lunette astronomique - exercice 32 - Schéma du microscope
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