Le microscope composé : deux lentilles pour un grossissement élevé
1 · Prédire
Un microscope composé utilise un objectif à courte focale proche de l'échantillon, suivi d'un oculaire. L'utilisation de deux objectifs en séquence permet-elle d'obtenir un grossissement beaucoup plus élevé que l'un ou l'autre objectif ne pourrait le faire seul ?
- Oui, l’enchaînement de deux grossissements modérés les multiplie ensemble, ce qui donne un grossissement global beaucoup plus élevé qu’un seul objectif.
- Non, l'utilisation de deux objectifs n'augmente pas le grossissement au-delà de la limite d'un seul objectif.
- Le grossissement dépend uniquement de l'oculaire et non de l'objectif.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage du microscope composé et appuyez sur Réinitialiser. L'objectif a f = 6 cm ; l'oculaire a f = 8 cm, séparé par 22 cm.
- Activez les lectures de distance d'image et de grossissement du système de l'objectif.
- Réglez la distance entre l’échantillon et l’objectif pour chaque essai et enregistrez la distance de l’image de l’objectif ainsi que le grossissement global du système.
3 · Collecter les Données
| Distance de l'échantillon par rapport à l'objectif (cm) | Distance image de l'objectif (cm) | Grossissement du système M |
|---|---|---|
| 10.00 | ||
| 12.00 | ||
| 14.00 |
Tracez le grossissement du système M (axe y) par rapport à la distance de l'échantillon (axe x) pour vos trois essais.
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez la distance d'image de l'objectif d_i1 à partir de 1/f₁ = 1/d_o1 + 1/d_i1 (f₁ = 6 cm), puis la distance d'objet de l'oculaire d_o2 = 22 − d_i1, puis sa distance d'image d_i2 de 1/f₂ = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f₂ = 8 cm). Enfin M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2). Comparez M au tableau.
- La distance par défaut de l'échantillon de ce préréglage (12 cm) donne M = 4. Expliquez, à l'aide du calcul en chaîne, comment un grossissement objectif modeste combiné à un grossissement oculaire modeste se traduit par un nombre global beaucoup plus grand.
5 · Approfondir
- Un spécimen placé juste à l'extérieur de la distance focale de l'objectif (comme dans cette expérience) produit un premier grossissement important. Expliquez pourquoi les objectifs de microscope sont conçus avec des focales très courtes (quelques mm dans les instruments réels) pour maximiser cet effet.
- Les microscopes composés ne peuvent pas grossir indéfiniment : au-delà d'un certain point, un grossissement supplémentaire ne fait qu'agrandir le flou sans révéler de nouveaux détails, limité par la longueur d'onde de la lumière elle-même (diffraction). Pourquoi le simple ajout d’étages de lentilles supplémentaires ne résoudrait-il pas cette limite fondamentale ?
La physique derrière cette expérience
Grossissement du microscope en deux étapes
Le grossissement global d'un microscope composé est le produit du grossissement de l'objectif (imagerie de l'échantillon) et du grossissement de l'oculaire (réimagerie de cette image intermédiaire) : M = m_objectif × m_oculaire.