Optique

Lentille de l'opticien (à partir des rayons)

La distance focale de cette lentille vient des courbures de ses surfaces et de l'indice du verre  : 1/f = (n−1)(1/R₁ − 1/R₂).

Lentille de l'opticien (à partir des rayons) — simulation interactive de Optique. La distance focale de cette lentille vient des courbures de ses surfaces et de l'indice du verre  : 1/f = (n−1)(1/R₁ − 1/R₂). Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Équation du fabricant de lentilles

La distance focale de cette lentille provient des courbures de ses surfaces et de l'indice du verre  : 1/f = (n−1)(1/R1 − 1/R2).

La formule du fabricant de lentilles 1/f = (n−1)(1/R₁ − 1/R₂) montre que la distance focale provient des courbures et de l'indice du verre. Ce préréglage construit une lentille à partir de rayons explicites afin que vous puissiez tester comment une courbure plus forte ou un verre à indice plus élevé raccourcit f.

• Équation du fabricant de lentilles 1/f = (n−1)(1/R₁−1/R₂)
• f à partir des courbures

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

La distance focale d'un objectif provient de son index de verre et de la courbure de ses deux surfaces. Rendre une surface plus plate (rayon de courbure plus grand) augmente-t-il ou diminue-t-il la distance focale ?

Des pronostics à peser

• Augmente — une surface plus plate (rayon plus grand) courbe moins fortement la lumière, donnant une distance focale plus longue.
• Une surface plus plate diminue la distance focale.
• La courbure de la surface n'affecte pas la distance focale, seul l'index du verre le fait.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Rayon de la première surface R₁ (cm)

Ce que vous mesurez  :

• Distance focale f (cm)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage Lensmaker et appuyez sur Réinitialiser. Cette lentille a l'indice n = 1.5, avec son deuxième rayon de surface fixé à R₂ = -20 cm.
2. Activez la lecture de la distance focale.
3. Définissez le rayon de courbure de la première surface pour chaque essai et enregistrez la distance focale résultante.

Équation gouvernante

Équation de Lensmaker — 1/f = (n−1)(1/R₁ − 1/R₂)

La distance focale d'une lentille fine provient directement de son indice de verre et des deux courbures de surface  : 1/f = (n−1)(1/R₁ − 1/R₂). C'est ainsi qu'un concepteur de verres prédit le comportement optique à partir des paramètres physiques de fabrication.

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

• Pour un essai, calculez f à partir de 1/f = (n−1)(1/R₁ − 1/R₂) en utilisant n = 1.5, R₂ = −20 cm. Comparez avec le tableau.
• Expliquez, à l'aide de l'équation du fabricant de lentilles, pourquoi l'augmentation de R₁ (rendant la première surface plus plate/moins incurvée) augmente la distance focale — une lentille plus plate courbe moins la lumière.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Cette lentille a R₁ > 0 et R₂ < 0 — les deux surfaces sont bombées vers l'extérieur (une lentille biconvexe), la forme convergente commune la plus forte. Expliquez, à l'aide de l'équation du fabricant de lentilles, pourquoi une lentille plan-convexe (un côté plat, R = ∞) a une distance focale plus longue qu'une lentille biconvexe du même verre et de courbure comparable.
• Les fabricants de verres de lunettes choisissent les courbures de surface (pas seulement l'indice du verre) pour obtenir une distance focale prescrite tout en contrôlant le poids et l'épaisseur des bords. Expliquez pourquoi deux paires différentes (R₁, R₂) pourraient donner exactement la même distance focale, en utilisant la structure de l'équation du fabricant de lentilles.

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

1. Bienvenue dans la formule des opticiens
2. Sélectionnez la lentille
3. Appuyez sur Lecture
4. La courbure fixe la distance focale
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