Optique

Relais à deux lentilles

La première lentille forme une image réelle inversée  ; la seconde la réimagine. Deux inversions s'annulent en une image finale droite.

Relais à deux lentilles — simulation interactive de Optique. La première lentille forme une image réelle inversée  ; la seconde la réimagine. Deux inversions s'annulent en une image finale droite. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Relé de deux lentilles

La première lentille forme une image réelle inversée  ; la seconde la réimage. Deux inversions s'annulent pour donner une image système droite.

La lentille objectif forme une image intermédiaire réelle  ; l'oculaire ou une seconde lentille la réimage pour l'observateur. Deux inversions donnent une image finale droite — un relais standard dans les microscopes et systèmes de projection. L'espacement doit placer l'image intermédiaire à un point conjugué approprié.

• Deux images réelles
• Grossissement total = produit

Mémoire d'enquête

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question de conduite

Deux lentilles convergentes identiques sont placées de sorte que l'image de la première lentille devienne l'objet de la seconde lentille. Le grossissement global du système multiplie-t-il simplement les grossissements individuels des deux objectifs ?

Des pronostics à peser

• Le grossissement du système est la somme des grossissements individuels.
• Oui — le grossissement du système est le produit du grossissement individuel de chaque objectif  : M = m₁ × m₂.
• Le grossissement du système ne peut pas être prédit à partir des grossissements individuels des lentilles.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Distance de l'objet par rapport à L1 (cm)

Ce que vous mesurez  :

• Distance image de L1 (cm)
• Grossissement du système M

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage « relais composé » et appuyez sur Réinitialiser. Les deux lentilles ont f = 10 cm, séparées de 40 cm.
2. Activez les lectures de distance d’image et de grossissement du système avec la première lentille.
3. Réglez la distance de l'objet à l'objectif 1 pour chaque essai et enregistrez la première distance de l'image et le grossissement global du système.

Équation gouvernante

Grossissement du système composé — M = m₁·m₂·…

Pour toute chaîne d'éléments d'imagerie, le grossissement global du système est le produit du grossissement de chaque élément individuel  : M = m₁ × m₂ × ... Chaque élément image l'objet (réel ou l'image de l'élément précédent) qu'il reçoit réellement.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour un essai, calculez la distance d'image de L1 d_i1 à partir de 1/f₁ = 1/d_o1 + 1/d_i1 (f₁ = 10 cm), puis la distance d'objet de L2 d_o2 = 40 − d_i1, puis la distance d'image de L2 d_i2 à partir de 1/f₂ = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f₂ = 10 cm). Enfin M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2). Comparez M au tableau.
• Expliquez pourquoi l'image réelle de L1 devient le véritable OBJET de L2 — le deuxième objectif ne se soucie pas du fait que son « objet » soit en fait une image formée par le premier objectif  ; il image simplement tous les rayons lumineux qui l'atteignent.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Lorsque l'objet se trouve au point 2f de L1 (d_o1 = 20 cm, donc d_i1 = 20 cm également), le grossissement du système est exactement 1 — l'image finale a la même taille et la même orientation que l'objet d'origine, même si elle a subi deux inversions distinctes. Expliquez pourquoi deux inversions (une par lentille) s'annulent pour donner une orientation finale équivalente à la verticale... ou le font-elles ? Vérifiez votre signe.
• Des systèmes de relais multi-objectifs comme celui-ci sont utilisés dans les endoscopes et les périscopes pour transporter une image sur une distance sans perdre en taille ou en clarté. Expliquez pourquoi un seul objectif à très longue focale ne pourrait pas réaliser le même relais compact.

• AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Bienvenue dans le relais à deux lentilles
2. Sélectionnez la première lentille
3. Appuyez sur Lecture
4. Relé de deux lentilles
5. Ouvrez l'Inspecteur
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Équation des lentilles minces