Vision et formation des images — exercices corrigés

Parmi les objets suivants, lequel est une source primaire de lumière ?

Un objet diffusant (ou source secondaire) est un objet qui :

Dans un milieu transparent et homogène comme l'air, la lumière se propage en ligne droite. Cette affirmation est-elle vraie ou fausse ?

Comment représente-t-on un rayon lumineux sur un schéma ?

Pour voir un objet, l'œil envoie un rayon vers cet objet. Cette affirmation est-elle vraie ou fausse ?

À quoi reconnaît-on une lentille convergente au toucher ?

Le foyer image $F^{\mathrm{\prime }}$ d'une lentille convergente est le point de l'axe où :

La distance focale $f^{\mathrm{\prime }}$ d'une lentille est la distance entre :

Dans quelle unité s'exprime la vergence $C$ d'une lentille ?

Quelle relation lie la vergence $C$ à la distance focale $f^{\mathrm{\prime }}$ ?

Une lentille a une distance focale $f^{\mathrm{\prime }}=\mathrm{0,50}$ m. Quelle est sa vergence $C$ (en dioptries) ?

Que devient un rayon qui passe par le centre optique $O$ d'une lentille convergente ?

Un rayon arrive parallèlement à l'axe optique sur une lentille convergente. Par où ressort-il ?

Une image réelle peut être recueillie sur un écran. Cette affirmation est-elle vraie ou fausse ?

Dans le modèle réduit de l'œil, le cristallin joue le rôle de :

Sur quelle partie de l'œil se forme l'image, comme sur un écran ?

L'accommodation de l'œil consiste à :

Quelles sont les trois couleurs primaires de la lumière (synthèse additive) ?

La lumière blanche du Soleil est composée d'une infinité de lumières colorées. Cette affirmation est-elle vraie ou fausse ?

Une tomate paraît rouge sous la lumière blanche du Soleil. Cela signifie qu'elle :

Karim utilise une loupe de distance focale $f^{\mathrm{\prime }}=10$ cm. Quelle est sa vergence $C$, en dioptries ?

Un verre de lunettes a une vergence $C=\mathrm{4,0}\delta$. Quelle est sa distance focale $f^{\mathrm{\prime }}$, en mètres ?

Yasmine dispose d'une lentille de distance focale $f^{\mathrm{\prime }}=20$ cm. Calcule sa vergence $C$, en dioptries.

Karim compare deux lentilles : la lentille 1 a $f_1^{\mathrm{\prime }}=5$ cm, la lentille 2 a $f_2^{\mathrm{\prime }}=25$ cm. Laquelle est la plus « puissante » (la plus convergente) ?

Yasmine place une bougie à $30$ cm d'une lentille de distance focale $f^{\mathrm{\prime }}=10$ cm (donc bien au-delà du foyer objet). Quelle est la nature de l'image obtenue ?

Karim approche une loupe très près du texte d'un livre, l'objet étant alors plus proche que le foyer. Que voit-il ?

Une bougie mesure $\mathrm{4,0}$ cm. Son image sur l'écran mesure $\mathrm{2,0}$ cm. Quelle est la valeur absolue du grandissement $\mathrm{\mid }\gamma \mathrm{\mid }$ ?

Pour une construction, Salma trouve un grandissement de valeur absolue $\mathrm{\mid }\gamma \mathrm{\mid }=3$. Que peut-elle conclure sur la taille de l'image ?

Karim voit flou de loin : son œil est trop convergent et l'image d'un objet lointain se forme devant la rétine. Quel type de lentille corrige ce défaut ?

Chez un œil hypermétrope, l'image d'un objet se forme derrière la rétine : l'œil n'est pas assez convergent. Quelle lentille corrige ce défaut ?

Lors d'un concert à Casablanca, un projecteur rouge et un projecteur vert éclairent le même point d'un mur blanc. De quelle couleur apparaît ce point ?

Sur l'écran du téléphone de Yasmine, on superpose à parts égales du rouge, du vert et du bleu. Quelle couleur obtient-on ?

Salma éclaire une tomate rouge avec une lumière verte pure. De quelle couleur apparaît la tomate ?

On éclaire un filtre rouge avec de la lumière blanche. Que laisse-t-il passer ?

Pour faire la mise au point, l'œil déplace sa rétine vers l'avant ou l'arrière, comme un appareil photo déplace son objectif. Cette affirmation est-elle vraie ou fausse ?

Karim oriente une loupe vers le Soleil. À quel endroit les rayons solaires se concentrent-ils ?

L'opticien de Marrakech prescrit à Karim, myope, des verres de vergence $-\mathrm{2,0}\delta$. Que signifie le signe négatif ?

Parmi les trois rayons particuliers, que devient le rayon qui passe par le foyer objet $F$ avant la lentille ?

Amine examine une lentille de distance focale $f^{\mathrm{\prime }}=50$ cm. Calcule sa vergence $C$, en dioptries.

L'image qui se forme sur la rétine d'Amine est réelle et renversée, et c'est le cerveau qui rétablit l'orientation. Cette affirmation est-elle vraie ou fausse ?

En rentrant le soir à Tanger, Amine lève les yeux vers la pleine Lune et déclare à Karim : « La Lune produit sa propre lumière, c'est donc une source primaire, exactement comme la flamme d'une bougie. » A-t-il raison ?

Au laboratoire de son lycée à Tanger, Karim compare deux lentilles convergentes : une grande lentille presque plate de $8\text{ cm}$ de diamètre, et une petite loupe très bombée de $3\text{ cm}$ de diamètre. Il affirme : « la grande lentille est plus large, donc elle a forcément une plus grande distance focale. » A-t-il raison ?

Yasmine construit l'image du sommet $B$ d'un objet à travers une lentille convergente. Elle trace un seul rayon, quelconque, qui part de $B$ et frappe la lentille à mi-hauteur, puis annonce : « le point image $B^{\mathrm{\prime }}$ est quelque part sur ce rayon après la lentille, j'ai donc trouvé mon image. » Où est l'erreur ?

Au club photo du lycée d'Essaouira, Yasmine veut caractériser une lentille convergente. Elle vise un objet très lointain (le Soleil) et obtient une image nette sur un écran placé à $\mathrm{5,0}$ cm derrière le centre optique.

(a) Quelle grandeur de la lentille a-t-elle directement mesurée ? (b) Calcule la vergence $C$ de cette lentille, en dioptries.

L'objectif de l'appareil photo de Yasmine a une distance focale $f^{\mathrm{\prime }}=25$ mm. Calcule sa vergence $C$, en dioptries.

Une loupe porte l'indication « vergence $C=\mathrm{12,5}\delta$ ». Calcule sa distance focale $f^{\mathrm{\prime }}$ et exprime-la en centimètres (arrondie au centimètre).

Karim place un objet $AB$ entre le foyer objet $F$ et la lentille convergente, puis prédit : « comme toujours avec une lentille convergente, je vais obtenir une image réelle et renversée sur un écran ».

(a) Sa prédiction est-elle correcte ? (b) Décris la nature exacte de l'image (réelle/virtuelle, droite/renversée, agrandie/réduite) et nomme l'instrument qui exploite ce cas.

Yasmine forme l'image d'un objet $AB$ de hauteur $\mathrm{6,0}$ cm. La construction donne un grandissement de valeur absolue $\mathrm{\mid }\gamma \mathrm{\mid }=\mathrm{0,25}$. Quelle est la hauteur $A^{\mathrm{\prime }}{B}^{\mathrm{\prime }}$ de l'image, en centimètres ?

Pour un objet placé bien au-delà du foyer objet, Salma trace sa construction puis annonce : « l'image est là où les prolongements des rayons se croisent, à gauche de la lentille, du côté de l'objet ».

(a) Salma a-t-elle raison ? (b) Explique où se forme réellement l'image et de quelle nature elle est.

Amine est myope. L'opticien de Casablanca lui taille un verre divergent de distance focale $f^{\mathrm{\prime }}=25$ cm. Pour un verre divergent, la distance focale est comptée négativement : $f^{\mathrm{\prime }}=-25$ cm. Calcule la vergence $C$ de ce verre, en dioptries.

Au laboratoire, Karim accole deux lentilles minces : l'une convergente de vergence $C_1=\mathrm{5,0}\delta$, l'autre divergente de vergence $C_2=-\mathrm{2,0}\delta$. Pour deux lentilles accolées, la vergence totale est la somme des vergences : $C=C_1+C_2$. Calcule la vergence totale $C$ de l'ensemble.

Le mur ocre des remparts d'Essaouira paraît rouge-orangé sous le Soleil. Au labo, Yasmine éclaire un échantillon de cet ocre avec un filtre bleu pur.

(a) Pourquoi le mur paraît-il ocre (rouge-orangé) sous la lumière blanche ? (b) De quelle couleur l'échantillon apparaît-il sous lumière bleue pure ? Justifie.

Salma éclaire en lumière blanche un tissu qui diffuse le vert et le bleu mais absorbe le rouge. Elle place ensuite devant la lampe un filtre rouge.

(a) De quelle couleur le tissu apparaît-il sous lumière blanche ? (b) De quelle couleur apparaît-il une fois le filtre rouge en place ? Justifie en deux temps.

Karim résume dans un tableau le comportement d'une lentille convergente selon la position de l'objet. Quelle ligne est correcte ?

Amine lit un message sur son téléphone (objet proche), puis lève les yeux vers les remparts au loin.

(a) Pour rester net en passant du proche au lointain, que fait son cristallin ? (b) Sa distance focale et sa vergence augmentent-elles ou diminuent-elles lors de ce passage ? Justifie.

Yasmine hésite entre deux objectifs : l'objectif A de distance focale $f_A^{\mathrm{\prime }}=\mathrm{8,0}$ cm et l'objectif B de distance focale $f_B^{\mathrm{\prime }}=\mathrm{4,0}$ cm. Calcule la vergence de l'objectif le plus convergent des deux, en dioptries.

Karim regarde une coccinelle de $\mathrm{4,0}$ mm à travers une loupe : il en voit une image droite de $12$ mm de haut. Quelle est la valeur absolue du grandissement $\mathrm{\mid }\gamma \mathrm{\mid }$ ?

Karim affirme : « l'œil et l'appareil photo font tous deux la mise au point exactement de la même façon, en déplaçant leur lentille. »

(a) Cette affirmation est-elle correcte ? (b) Précise ce qui varie dans chacun des deux systèmes pour faire la mise au point, et donne les correspondances cristallin / rétine / pupille avec l'appareil photo.

Salma éclaire une feuille blanche avec un seul projecteur rouge. De quelle couleur apparaît la feuille ?

Pour observer un objet proche, le cristallin d'Amine se bombe au point que la distance focale de son œil vaut $f^{\mathrm{\prime }}=16$ mm. Calcule la vergence $C$ de son œil dans cet état, en dioptries.

Au lever du jour dans le Sahara, la lumière rasante du Soleil projette des ombres très longues et très nettes derrière chaque pierre. Cette netteté des ombres est une conséquence directe de la propagation rectiligne de la lumière. Vrai ou faux ?

Yasmine reconstitue au labo la photo des remparts. Sa lentille fait l'image du Soleil nette à $\mathrm{5,0}$ cm derrière le centre optique. Elle place ensuite un objet lumineux $AB$ à $20$ cm de la lentille (au-delà du foyer) et obtient sur un écran une image deux fois plus petite que l'objet.

(a) Calcule la distance focale $f^{\mathrm{\prime }}$ et la vergence $C$ de la lentille (en dioptries). (b) Donne la nature de l'image de $AB$ (réelle/virtuelle, droite/renversée). (c) Donne le grandissement $\mathrm{\mid }\gamma \mathrm{\mid }$ et fais le lien avec l'appareil photo.

Lors d'une fête à Rabat, un drapeau présente deux bandes : l'une rouge, l'autre verte. On l'éclaire successivement avec différents projecteurs.

(a) Sous lumière blanche, de quelles couleurs voit-on les deux bandes ? (b) Sous projecteur rouge pur, de quelles couleurs apparaissent la bande rouge et la bande verte ? (c) Sous projecteur bleu pur, que voit-on des deux bandes ?