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Lentilles et miroirs sphériques – construction de rayons

SciencesLumière et son14–15 ans

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Deux écrans : Lentille (convergente ou divergente, la distance focale étant calculée à partir du rayon de courbure et de l'indice de réfraction) et Miroir (concave, convexe ou plan). Faites glisser l'objet pour changer sa distance, activez les trois rayons particuliers pour construire l'image, puis ajoutez des rayons marginaux, un second point de l'objet, une règle ou une source ponctuelle avec un écran pour comprendre pourquoi seule une image réelle peut être recueillie sur un écran. Inspiré de la simulation "Geometric Optics" de PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder (CC BY 4.0) ; réécrit.

Leçon : Lentilles ; Miroirs sphériques

Ce qu’elle montre

Les lentilles et les miroirs sphériques sont deux leçons clés du thème de la lumière. La simulation réunit deux écrans : l'écran Lentille forme des images à travers une lentille convergente ou divergente dont la distance focale est calculée directement à partir du rayon de courbure et de l'indice de réfraction grâce à la formule des opticiens ; l'écran Miroir forme des images dans un miroir concave, convexe ou plan.

Mode d’emploi

Les élèves font glisser l'objet pour changer sa distance d à la lentille ou au miroir, activent les trois rayons particuliers (parallèle à l'axe optique, passant par le centre optique ou le centre de courbure, passant par le foyer) pour construire eux-mêmes l'image, puis comparent avec les valeurs affichées (position, réelle ou virtuelle, grandissement). Activez les rayons marginaux pour voir que tous les rayons issus d'un point se rejoignent au même point image ; activez un second point pour voir que tout l'objet donne une image, pas seulement un point ; ou passez en mode source ponctuelle et faites glisser l'écran le long de l'axe : la tache lumineuse ne se réduit à un point que lorsque l'écran est exactement dans le plan de l'image réelle — une image virtuelle ne peut jamais être recueillie sur un écran.

Paramètres modifiables

  • Écran de départ Lentille, Miroir sphérique
  • Type de lentille Convergente, Divergente
  • Rayon de courbure de la lentille R 20–100 cm
  • Indice de réfraction n 1,3–1,9
  • Distance objet–lentille d 5–150 cm
  • Distance écran–lentille 5–300 cm
  • Type de miroir Miroir concave, Miroir convexe, Miroir plan
  • Rayon de courbure du miroir R 20–200 cm
  • Distance objet–miroir d 5–150 cm
  • 3 rayons particuliers
  • Rayons marginaux (lentille)
  • Second point de l'objet
  • Règle
  • Source ponctuelle + écran (lentille)

Questions à explorer

  1. Quand l'objet est situé entre le foyer et une lentille convergente, comment l'image se compare-t-elle à celle obtenue avec l'objet placé à 2f ?
  2. Pourquoi les lentilles divergentes et les miroirs convexes donnent-ils toujours des images virtuelles ?
  3. Quand on éloigne l'écran de la position de l'image réelle, comment la tache lumineuse sur l'écran change-t-elle, et pourquoi ?

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