Microscope composé : longueur du tube et grossissement
1 · Prédire
L'objectif et l'oculaire d'un microscope composé ont des distances focales fixes, mais la position de l'oculaire — la longueur du tube — peut toujours être ajustée. Le fait de changer la longueur du tube change-t-il le grossissement global (du système) du microscope, même si la focale d'aucune des deux lentilles ne change ?
- Non, la longueur du tube n'affecte pas le grossissement global, seules les distances focales individuelles des objectifs le font.
- Seule la distance focale de l'oculaire compte, pas la distance à laquelle il se trouve de l'objectif.
- Oui : augmenter la longueur du tube rapproche l'oculaire de son propre point focal (par rapport à l'image réelle formée par l'objectif), ce qui augmente le grossissement propre de l'oculaire et se multiplie en un grossissement global du système plus grand.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage du microscope et appuyez sur Réinitialiser. L'objectif (f_o = 8 cm, à une distance d'échantillon fixe) forme une image réelle ; l'oculaire a f_e = 25 cm.
- Activez la lecture du grossissement du système (le M global de la chaîne d'images des deux lentilles).
- Réglez la longueur du tube (séparation objectif-oculaire) pour chaque essai et enregistrez le grossissement du système résultant.
3 · Collecter les données
| Longueur du tube L (cm) | Grossissement du système M |
|---|---|
| 56.00 | |
| 61.00 | |
| 66.00 |
Tracez le grossissement du système M (axe y) par rapport à la longueur du tube L (axe x) pour vos trois essais. La relation est-elle une droite ?
4 · Analyser
- Pour un essai, trouvez d'abord la distance image de l'objectif d_i1 à partir de 1/f_o = 1/d_o1 + 1/d_i1 (d_o1 = 9,6 cm, f_o = 8 cm — reste la même quelle que soit la longueur du tube). Trouvez ensuite la distance objet de l'oculaire d_o2 = L − d_i1, et sa distance image d_i2 à partir de 1/f_e = 1/d_o2 + 1/d_i2 (f_e = 25 cm). Enfin M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2). Comparez M au tableau.
- Expliquez pourquoi le grossissement propre de l'objectif reste constant sur les trois essais, tandis que le grossissement de l'oculaire — et donc le grossissement global du système — change avec la longueur du tube.
5 · Approfondir
- Comparez le grossissement du système de cette expérience au M = N/f de l'expérience à simple loupe. Expliquez pourquoi enchaîner deux images réelles de lentilles peut multiplier le grossissement bien au-delà de ce qu'une seule lentille pourrait produire.
- Les vrais microscopes étaient historiquement standardisés sur des longueurs de tube spécifiques (comme 160 mm) afin que les objectifs et les oculaires de différents fabricants puissent être mélangés et assortis de manière prévisible. Expliquez pourquoi la normalisation de la longueur du tube — pas seulement la focale de chaque lentille — est importante pour les pièces de microscope interchangeables.
La physique derrière cette expérience
Grossissement du système du microscope composé
Le grossissement global d'un microscope composé est le produit des grossissements d'image propres de l'objectif et de l'oculaire, M = m_o × m_e — chacun obtenu à partir de l'équation des lentilles minces en utilisant la chaîne réelle d'images des deux lentilles, et non une formule idéalisée de grossissement angulaire.
Optique
- Objectif convergent : images réelles au-delà de 2f
- Le point focal : là où les images s’échappent vers l’infini
- Une lentille comme loupe
- Une lentille divergente : toujours virtuelle, toujours réduite
- Un miroir concave : des images réelles comme une lentille convergente
- Un miroir convexe : toujours une image virtuelle réduite
- Le miroir plan : un cas particulier et invariant
- Profondeur apparente : pourquoi une piscine semble moins profonde qu'elle ne l'est
- Réflexion interne totale : l'angle critique
- Un relais à deux objectifs : enchaîner les images
- Le microscope composé : deux lentilles pour un grossissement élevé
- Un agrandisseur photographique : deux objectifs pour une image réelle et plus grande
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