optique géométrique (ancienne version) --- Introduction ---

ce module n'est plus maintenu. Vous trouverez un module JSXGraph plus récent à la place. Ce module regroupe pour l'instant 26 exercices d'optique géométrique.

Dioptre sphérique

On place devant un dioptre sphérique un objet AB à la position algébrique cm. On obtient une image A'B' dont vous devez étudier les caractéristiques.

1- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le foyer objet F :

2- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B parallèle à l'axe optique :

3- Dessiner l'image A'B' obtenue :



4- L'image est : 4- L'image est , et .

5- Lire la position algébrique (arrondir à l'entier le plus proche en précisant l'unité : ex "-4 cm")

5- Relever la position algébrique

6- L'indice du milieu 1 est . A l'aide de la formule de conjugaison, calculer l'indice du milieu 2 :

(donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité. Indiquer les 0 significatifs.)

6- A l'aide de la formule de conjugaison, calculer la distance focale :

7- Calculer le rayon du dioptre  : (donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité. Indiquer les 0 significatifs)


Réfraction : poisson contre héron (étapes)

Dans un étang d'eau un peu salée (donc d'indice n= ) et de surface partaitement plane (pas de vent, pas de vagues), flotte un nénuphar opaque dessiné en vert. Un poisson tente de profiter du nénuphar pour échapper à l'oeil d'un héron en chasse. Mais est-il correctement caché là où il se trouve ?

On se donne la position de l'oeil du héron (hauteur h= cm au dessus de l'eau et distance horizontale d = cm du bord du nénuphar), ainsi que la position du poisson (profondeur p = cm et retrait horizontal D = cm sous le nénuphar).

1- Quel est l'angle limite de réflexion totale pour le dioptre considéré ? = (donner 3 chiffres significatifs (penser au 0 significatifs). Indiquer l'unité.)


2- Parmi tous les rayons issu du poisson, tracez ci-dessous celui qui a le plus de chances d'éviter la réflexion totale, et donc de poursuivre son chemin dans l'air.

Pour ce faire, cliquez sur le schéma ci-dessous aux extrémités du segment de droite choisi, mais en partant depuis la surface de l'eau (donc à rebours du sens de la lumière) afin de pouvoir mesurer son angle au rapporteur ... :

3- Dans les conditions décrites ci-dessus, est-ce qu'au moins un rayon issu du poisson peut être réfracté dans l'air ?

4- Tracez maintenant le devenir du rayon précédent, après qu'il ait atteint la surface de l'eau. On privilégiera le rayon réfracté lorsqu'il existe.

5- Finalement, le héron peut-il voir ce poisson, depuis l'endroit où se trouve son oeil ?


Lentille Convergente - Objet Reel

On place devant une lentille convergente un objet réel AB à la position algébrique cm. On obtient une image A'B' dont vous devez étudier les caractéristiques.

1- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par l'origine :

2- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le foyer objet F :

3- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B parallèle à l'axe optique :

4- Dessiner l'image A'B' obtenue :

5- L'image est :

5- L'image est , et .

6- Relever la position algébrique (arrondir à l'entier le plus proche en précisant l'unité : ex "-4 cm")

6- Relever la position algébrique

7- A l'aide de la formule de conjugaison, calculer la distance focale (donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité. Indiquer les 0 significatifs.)

7- A l'aide de la formule de conjugaison, calculer la distance focale :

8- Calculer la valeur du grandissement obtenu : (donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité. Indiquer les 0 significatifs)


Lentille Convergente - Objet Virtuel

On place derrière une lentille convergente un objet virtuel AB à la position algébrique cm. On obtient une image A'B' dont vous devez étudier les caractéristiques.

1- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par l'origine :

2- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le foyer objet F :

3- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B parallèle à l'axe optique :

4- Dessiner l'image A'B' obtenue :

5- L'image est :

5- L'image est , et .

6- Relever la position algébrique (arrondir à l'entier le plus proche en précisant l'unité : ex "-4 cm")

6- Relever la position algébrique

7- A l'aide de la formule de conjugaison, calculer la distance focale (donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité. Indiquer les 0 significatifs.)

7- A l'aide de la formule de conjugaison, calculer la distance focale :

8- Calculer la valeur du grandissement obtenu : (donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité. Indiquer les 0 significatifs)


Lentille Divergente - Objet Reel

On place devant une lentille divergente un objet réel AB à la position algébrique cm. On obtient une image A'B' dont vous devez étudier les caractéristiques.

1- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par l'origine :

2- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le foyer objet F :

3- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B parallèle à l'axe optique :

4- Dessiner l'image A'B' obtenue :

5- L'image est :

5- L'image est , et .

6- Relever la position algébrique (arrondir à l'entier le plus proche en précisant l'unité : ex "-4 cm")

6- Relever la position algébrique

7- A l'aide de la formule de conjugaison, calculer la distance focale (donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité. Indiquer les 0 significatifs.)

7- A l'aide de la formule de conjugaison, calculer la distance focale :

8- Calculer la valeur du grandissement obtenu : (donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité. Indiquer les 0 significatifs)


Lentille Divergente - Objet Virtuel

On place derrière une lentille divergent un objet virtuel AB à la position algébrique cm. On obtient une image A'B' dont vous devez étudier les caractéristiques.

1- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par l'origine :

2- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le foyer objet F :

3- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B parallèle à l'axe optique :

4- Dessiner l'image A'B' obtenue :

5- L'image est :

5- L'image est , et .

6- Relever la position algébrique (arrondir à l'entier le plus proche en précisant l'unité : ex "-4 cm")

6- Relever la position algébrique

7- A l'aide de la formule de conjugaison, calculer la distance focale (donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité. Indiquer les 0 significatifs.)

7- A l'aide de la formule de conjugaison, calculer la distance focale :

8- Calculer la valeur du grandissement obtenu : (donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité. Indiquer les 0 significatifs)


Doublet de lentilles convergentes

Un rayon quelconque arrive sur un doublet constitué de deux lentilles convergentes : cm et cm.

1- En utilisant les propriétés des lentilles, compléter le tracé du rayon quelconque bleu passant à travers la première lentille

2- Compléter maintenant le tracé du rayon quelconque bleu passant à travers la deuxième lentille


Positions des foyers d'une lentille

On place devant une lentille de focale inconnue un objet AB (réel ou virtuel). Le point A est sur l'axe optique de la lentille . On obtient ainsi une image A'B'.

1- Cliquer sur la position du centre optique de la lentille. ( est un point du quadrillage)

2- La lentille est :

>

3- L'objet est : et l'image est :

4 - Cliquer sur la position du foyer image de la lentille.

5 - Cliquer sur la position du foyer objet de la lentille.


Lunette de Kepler

Un rayon quelconque arrive sur une lunette de Kepler composée de deux lentilles : cm et cm.

Le foyer image de la première lentille (l'objectif) est confondu avec le foyer objet de la deuxième lentille (l'oculaire).

1- En utilisant les propriétés des lentilles, compléter le tracé du rayon quelconque bleu traversant l'objectif.

2- Compléter maintenant le tracé du rayon bleu passant à travers l'oculaire.

3- En utilisant les propriétés des lentilles, compléter le tracé du rayon quelconque bleu traversant l'objectif.

4- Compléter maintenant le tracé du rayon bleu passant à travers l'oculaire.

5- Mesurer à l'aide du repère, l'angle d'incidence (en rouge) sous lequel arrive le rayon bleu sur l'objectif.

(donner le résultat avec 3 chiffres significatifs en précisant l'unité °, rad)

6- On mesure = l'angle (en vert) sous lequel ressort le rayon bleu de l'oculaire. Calculer le grossissement G obtenu.

(donner le résultats 3 chiffres significatifs en précisant l'unité; attention au signe)

7- Vérifier que ce grossissement s'obtient approximativement avec :

(donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité, indiquer les 0 significatifs)

Effet loupe

Dans cet exercice, on utilise une lentille convergent cm pour réaliser une loupe. Pour cela, on place un objet AB à la position algébrique cm entre le foyer objet et le centre de la lentille. On obtient une image A'B' dont vous devez étudier les caractéristiques.

1- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par l'origine :

2- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le foyer objet F :

3- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B parallèle à l'axe optique :

4- Dessiner l'image A'B' obtenue :

5- L'image est

5- L'image est , et .

6- A l'aide de la formule de conjugaison, en déduire la position algébrique (donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité, indiquer les 0 significatifs)

6- A l'aide de la formule de conjugaison, en déduire la position algébrique

7- En déduire la valeur du grandissement obtenu : (donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité, indiquer les 0 significatifs)


Effet loupe - conditions optimales

Dans cet exercice, on utilise une lentille convergent cm pour réaliser une loupe. En condition optimale, on place un objet AB au plan focal objet de la lentille. On obtient une image A'B' dont vous devez étudier les caractéristiques.

1- Compléter le tracé du rayon bleu issu de A et passant par l'origine :

2- Compléter le tracé du rayon bleu issu de A :

On constate que les rayons issus de A sont tous parallèles à l'axe optique.

3- Compléter maintenant le tracé du rayon bleu issu de B passant par l'origine :

4- Compléter maintenant le tracé du rayon bleu issu de B et parallèle à l'axe optique :

On constate que les rayons issus de B sont tous parallèles entre eux.

5- A l'aide du dessin, calculer l'angle sous lequel on voit les rayons émergements provenant de B :

(donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité, indiquer les 0 significatifs)

5- A l'aide du dessin, calculer l'angle sous lequel on voit les rayons émergements provenant de B :

6- Afin de calculer le grossissement de la loupe, on va comparer l'angle à l'angle sous lequel on aurait observé le même objet AB de 1 cm au punctum proximum PP = cm d'un oeil.

(donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité, indiquer les "0" significatifs)

7- En déduire la valeur du grossissement obtenu :

(donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité, indiquer les 0 significatifs, ne pas utiliser les résultats arrondis précédents)

7- En déduire la valeur du grossissement obtenu :

8- Vérifier que ce grossissement s'obtient approximativement avec :

(donner 3 chiffres significatifs en précisant l'unité, indiquer les 0 significatifs)


Rayons parallèles

Des rayons parallèles entre eux arrivent sur une lentille.

1 - Les rayons parallèles entre eux et parallèles à l'axe optique convergent vers :

2 - Déterminer graphiquement la position du point de convergence des rayons en bleu :

3 - Les rayons parallèles entre eux mais non parallèles à l'axe optique convergent vers :

4 - Le foyer secondaire est situé à l'intersection entre le rayon incident et le plan

4 - Le foyer secondaire est situé à l'intersection entre le rayon incident et le plan

5 - Déterminer graphiquement la position du point de convergence des rayons en bleu :

6 - En utilisant cette propriété, Compléter le tracé du rayon quelconque bleu :


Rayon quelconque

Un rayon quelconque arrive sur une lentille .

En utilisant les propriétés des lentilles, compléter le tracé du rayon quelconque bleu :


Application de la relation de Snell Descartes (1)

Un rayon lumineux se propageant initialement dans l'air (on considérera que son indice de réfraction est égal à 1) arrive sur un bloc de matériau transparent d'indice n=, sous un angle d'incidence = degrés. Sous quel angle est-il réfracté ?

Réponse :

Consignes :

Donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs).

Indiquer l'unité (rad,°).

Attention, la virgule est représentée par un point décimal.



Application de la relation de Snell Descartes (2)

Un rayon lumineux se propageant initialement dans l'air (on considérera que son indice de réfraction est égal à 1) arrive sur un bloc de matériau transparent d'indice n, avec un angle d'incidence degrés. Il est réfracté avec un angle de réfraction égal à . Donner la valeur de l'indice du milieu.

Réponse :

Consignes :

Donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs).

Indiquer l'unité (rad,°).

Attention, la virgule est représentée par un point décimal.



Miroir Concave - Objet Reel

On place devant un miroir un objet AB à la position algébrique cm. On obtient une image A'B' dont vous devez étudier les caractéristiques.

1- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le sommet S :

2- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le foyer objet F :

3- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B parallèle à l'axe optique :

4- Dessiner l'image A'B' obtenue :



5- L'image est : 5- L'image est , et .

6- Lire la position algébrique (arrondir à l'entier le plus proche en précisant l'unité : ex "-4 cm") 6- Lire la position algébrique

7- A l'aide de la formule de conjugaison, en déduire la distance focale (donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs) en précisant l'unité) 7- A l'aide de la formule de conjugaison, en déduire la distance focale :

8- En déduire la valeur du grandissement obtenu : (donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs) en précisant l'unité)

Miroir Concave - Objet Virtuel

On place devant un miroir un objet AB à la position algébrique cm. On obtient une image A'B' dont vous devez étudier les caractéristiques.

1- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le sommet S :

2- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le foyer objet F :

3- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B parallèle à l'axe optique :

4- Dessiner l'image A'B' obtenue :



5- L'image est : 5- L'image est , et .

6- Lire la position algébrique (arrondir à l'entier le plus proche en précisant l'unité : ex "-4 cm") 6- Lire la position algébrique

7- A l'aide de la formule de conjugaison, en déduire la distance focale (donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs) en précisant l'unité) 7- A l'aide de la formule de conjugaison, en déduire la distance focale :

8- En déduire la valeur du grandissement obtenu : (donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs) en précisant l'unité)

Miroir Convexe - Objet Reel

On place devant un miroir un objet AB à la position algébrique cm. On obtient une image A'B' dont vous devez étudier les caractéristiques.

1- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le sommet S :

2- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le foyer objet F :

3- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B parallèle à l'axe optique :

4- Dessiner l'image A'B' obtenue :

5- L'image est : 5- L'image est , et .

6- Lire la position algébrique (arrondir à l'entier le plus proche en précisant l'unité : ex "-4 cm") 6- Lire la position algébrique

7- A l'aide de la formule de conjugaison, en déduire la distance focale (donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs) en précisant l'unité) 7- A l'aide de la formule de conjugaison, en déduire la distance focale :

8- En déduire la valeur du grandissement obtenu : (donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs) en précisant l'unité)

Miroir Convexe - Objet Virtuel

On place devant un miroir un objet AB à la position algébrique cm. On obtient une image A'B' dont vous devez étudier les caractéristiques.

1- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le sommet S :
2- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le foyer objet F :
3- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B parallèle à l'axe optique :
4- Dessiner l'image A'B' obtenue :
5- L'image est : 5- L'image est , et .

6- Lire la position algébrique (arrondir à l'entier le plus proche en précisant l'unité : ex "-4 cm") 6- Lire la position algébrique
7- A l'aide de la formule de conjugaison, en déduire la distance focale (donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs) en précisant l'unité) 7- A l'aide de la formule de conjugaison, en déduire la distance focale :

8- En déduire la valeur du grandissement obtenu : (donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs) en précisant l'unité)

Position du foyer dans un miroir

On place à coté d'un miroir un objet AB à la position algébrique . On obtient alors une image A'B' située en .
1- A partir du schéma, le miroir est :

2- L'objet est : et l'image est :


3 - Déterminer graphiquement la position du foyer du miroir.

4 - Déterminer graphiquement la position du centre du miroir.

5- A l'aide de la formule de conjugaison, calculer la distance algébrique


(une graduation correspond à 1cm, donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs) en précisant l'unité) 6- En déduire la valeur du grandissement obtenu : (donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs) en précisant l'unité)



Application de la relation de Snell Descartes (1)

Un rayon lumineux se propageant initialement dans l'air (on considérera que son indice de réfraction est égal à 1) arrive sur un bloc de matériau transparent d'indice n=, sous un angle d'incidence = degrés. Sous quel angle est-il réfracté ?

Réponse :

Consignes :

Donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs).

Indiquer l'unité (rad,°).

Attention, la virgule est représentée par un point décimal.



Application de la relation de Snell Descartes (2)

Un rayon lumineux se propageant initialement dans l'air (on considérera que son indice de réfraction est égal à 1) arrive sur un bloc de matériau transparent d'indice n, avec un angle d'incidence degrés. Il est réfracté avec un angle de réfraction égal à . Donner la valeur de l'indice du milieu.

Réponse :

Consignes :

Donner 3 chiffres significatifs (indiquer les 0 significatifs).

Indiquer l'unité (rad,°).

Attention, la virgule est représentée par un point décimal.


Loi de Snell-Descartes pour une réfraction air-verre

Un rayon lumineux venant de la gauche, se propageant initialement dans l'air (d'indice égal à 1) arrive sur une interface de verre horizontale représentée en gris (indice de réfraction égal à ), au point O, avec un angle d'incidence de degrés.

1. Tracer le rayon incident.

1. Le rayon incident est tracé.

2. Tracer le rayon émergent.

Consignes :

La droite est définie en cliquant successivement sur deux points de la figure. Il est conseillé de commencer par cliquer au centre du rapporteur. Attention, l'exercice continue même si le premier tracé est incorrect.


Loi de Snell-Descartes pour une réfraction verre-air

Un rayon lumineux venant de la gauche et se propageant initialement dans du verre (d'indice égal à ) arrive sur une interface d'air horizontale (indice de réfraction égal à 1), au point O, avec un angle d'incidence de degrés.

1. Tracer le rayon incident.

1. Le rayon incident est tracé.

2. La condition de réflexion totale est-elle vérifiée ?

1. Le rayon incident est tracé.

2. La condition de réflexion totale n'est pas vérifiée.

3. Tracer le rayon émergent.

Consignes :

La droite est définie en cliquant successivement sur deux points de la figure. Il est conseillé de commencer par cliquer au centre du rapporteur. Attention, l'exercice continue même si le premier tracé est incorrect.


Loi de Snell-Descartes pour une réfraction verre-air (2)

Un rayon lumineux venant de la gauche et se propageant initialement dans du verre (d'indice égal à ) arrive sur une interface d'air horizontale (indice de réfraction égal à 1), au point O, avec un angle d'incidence de degrés.

1. Tracer le rayon incident.

1. Le rayon incident est tracé.

2. La condition de réflexion totale est-elle vérifiée ?

1. Le rayon incident est tracé correctement.

2. La condition de réflexion totale est vérifiée.

3. Tracer le rayon réfléchi.

Consignes :

La droite est définie en cliquant successivement sur deux points de la figure. Il est conseillé de commencer par cliquer au centre du rapporteur.


Système inconnu

Le schéma suivant présente un système optique centré (en bleu) ainsi que la position de ses foyers et

1- Ce système optique est :

2- L'objet est :

3- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B parallèle à l'axe optique :

3- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le sommet S :

4- Compléter le tracé du rayon bleu issu de B et passant par le foyer objet F :
5- L'image est :

6- Quelle formule de conjugaison est valable pour ce système est la formule :

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