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Première · Chapitre 15

La lumière : images et couleurs

Entraîne-toi par niveau (★ à ★★★), puis attaque les sujets type bac. Chaque correction se dévoile question par question.

Exercices d'entraînement

1
Entraînement

Vergence et distance focale

0/2

Énoncé

On dispose de deux lentilles : la lentille L1 a une vergence V1 = 4,0 δ ; la lentille L2 a une vergence V2 = −2,0 δ.

  • •V = 1 / f'
1

Préciser la nature (convergente ou divergente) de chaque lentille. Justifier.

2

Calculer la distance focale f' de chaque lentille.

2
Entraînement

Mélanger des lumières colorées

0/2

Énoncé

Un vidéoprojecteur RVB superpose trois faisceaux de lumière rouge, verte et bleue sur un écran.

  • •Synthèse additive : R + V = jaune ; R + B = magenta ; V + B = cyan ; R + V + B = blanc
1

Quelle couleur observe-t-on là où seuls les faisceaux rouge et vert se superposent ?

2

Quelle couleur est complémentaire du bleu ? Que donne la synthèse additive de ces deux couleurs ?

3
Entraînement

Un filtre et la couleur des objets

0/2

Énoncé

Une tomate paraît rouge en lumière blanche. On l'éclaire successivement avec une lumière blanche filtrée par un filtre cyan, puis par un filtre jaune.

  • •Synthèse soustractive : un filtre absorbe certaines couleurs et transmet les autres
  • •Filtre cyan : absorbe le rouge, transmet le vert et le bleu
  • •Filtre jaune : absorbe le bleu, transmet le rouge et le vert
1

Expliquer pourquoi la tomate paraît rouge en lumière blanche.

2

Quelle couleur prendra la tomate vue à travers le filtre cyan ? Et à travers le filtre jaune ?

4
Entraînement

Première utilisation de la relation de conjugaison

0/2

Énoncé

Une lentille convergente a une distance focale f' = 10 cm. Un objet AB est placé à 30 cm devant la lentille, sur l'axe optique.

  • •1 / OA' − 1 / OA = 1 / f'
  • •γ = OA' / OA
1

Calculer la position OA' de l'image.

2

Calculer le grandissement γ. L'image est-elle droite ou renversée ? Agrandie ou réduite ?

5
Entraînement

Former une image sur un capteur photo

0/2

Énoncé

L'objectif d'un appareil photo est assimilé à une lentille convergente de distance focale f' = 50 mm. Il photographie une personne de 1,20 m de haut, située à 5,0 m de l'objectif.

  • •1 / OA' − 1 / OA = 1 / f'
  • •γ = OA' / OA = A'B' / AB
1

Calculer la position OA' de l'image formée par l'objectif.

2

Calculer le grandissement γ, puis la taille de l'image de la personne sur le capteur.

6
Entraînement

Observer avec une loupe

0/2

Énoncé

Une loupe est une lentille convergente de distance focale f' = 4,0 cm. On observe un petit objet placé à 3,0 cm de la loupe, donc plus près qu'elle de son foyer objet.

  • •1 / OA' − 1 / OA = 1 / f'
  • •γ = OA' / OA
1

Calculer la position OA' de l'image. L'image est-elle réelle ou virtuelle ? Justifier.

2

Calculer le grandissement γ et conclure sur l'intérêt de la loupe.

7
Entraînement

Agrandir une diapositive sur un écran

0/2

Énoncé

Un projecteur de diapositives utilise une lentille convergente de distance focale f' = 10 cm pour projeter une diapositive de 2,0 cm de large sur un écran situé à 5,0 m de la lentille.

  • •1 / OA' − 1 / OA = 1 / f'
  • •γ = OA' / OA
1

Calculer la position OA de la diapositive par rapport à la lentille.

2

Calculer le grandissement et la largeur de l'image projetée sur l'écran.

8
Entraînement

L'accommodation de l'œil

0/4

Énoncé

On modélise l'œil par une lentille convergente (le cristallin) à distance fixe f' = 17 mm de la rétine, qui joue le rôle d'écran. Au repos, l'œil observe un objet très éloigné (à l'infini).

  • •1 / OA' − 1 / OA = 1 / f'
  • •V = 1 / f'
  • •Punctum proximum : distance minimale de vision nette, ici dm = 25 cm
1

Montrer que, pour un objet à l'infini, l'image se forme exactement sur la rétine si f' = 17 mm, et calculer la vergence au repos de l'œil.

2

Pour observer un objet situé au punctum proximum (dm = 25 cm), l'image doit encore se former sur la rétine. Calculer la nouvelle vergence Vacc nécessaire.

3

Calculer la variation de vergence ΔV réalisée par le cristallin lors de cette accommodation.

4

Une personne âgée perd en amplitude d'accommodation (presbytie) et ne peut plus augmenter sa vergence de plus de 2,0 δ. Quel est alors son punctum proximum ?

Sujets type bac

Sujets originaux au format du bac, inspirés des annales de Labolycée .

1
Type bac

Type bac — La loupe du philatéliste

0/5

Énoncé

Un collectionneur de timbres utilise une loupe, lentille convergente de distance focale f' = 5,0 cm, pour examiner les détails d'un timbre placé à 3,0 cm de la loupe. Sans loupe, il observerait ce même timbre à l'œil nu, à la distance minimale de vision nette dm = 25 cm.

  • •1 / OA' − 1 / OA = 1 / f'
  • •γ = OA' / OA
  • •Grossissement commercial d'une loupe : G = dm / f'
1

1. Calculer la position OA' de l'image du timbre donnée par la loupe.

2

2. Montrer que l'image est virtuelle, droite et agrandie.

3

3. Calculer le grossissement commercial G de cette loupe.

4

4. Expliquer la différence entre le grandissement γ calculé en question 2 et le grossissement commercial G.

5

5. Le collectionneur rapproche le timbre de la loupe, à 4,5 cm, très proche du foyer objet. Que devient le grandissement ? Conclure sur l'intérêt pratique de cette observation.

2
Type bac

Type bac — Corriger la myopie

0/5

Énoncé

Un patient myope ne voit net que les objets situés à moins de 80 cm de son œil : son punctum remotum PR est à 80 cm (au lieu de l'infini pour un œil normal). On souhaite lui prescrire une lentille correctrice à placer juste devant l'œil, pour lui permettre de voir nettement les objets très éloignés (à l'infini).

  • •1 / OA' − 1 / OA = 1 / f'
  • •Pour un objet à l'infini, OA tend vers l'infini
  • •Pour corriger la myopie, la lentille doit former d'un objet à l'infini une image virtuelle située au punctum remotum
1

1. Expliquer pourquoi un œil myope voit flou les objets éloignés.

2

2. Expliquer pourquoi on utilise une lentille divergente pour corriger la myopie.

3

3. Montrer que la relation de conjugaison appliquée à un objet à l'infini donne OA' = f' pour la lentille correctrice.

4

4. En déduire la distance focale f' et la vergence V de la lentille à prescrire, sachant que l'image virtuelle doit se former au punctum remotum, à 80 cm devant l'œil.

5

5. Le verre correcteur est-il plus épais au centre ou sur les bords ? Justifier.