Notice d‘utilisation
Banc d’optique Lycée - Réf.1172013
Banc d’optique Lycée
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Banc d’optique Lycée - Réf.1172013
Description
Ce Banc d’optique Lycée permet aux élèves de découvrir et
comprendre l’optique. Simple d’utilisation, il peut être laissé entre les mains
des élèves mais aussi pratique pour des démonstrations faites par le
professeur.
Il se compose de:
• 1 rail aluminium Ω de 1950mm de long gradué sur 1900mm
• 4 cavaliers aluminium
• 3 portes-lentilles/diapos (lentille ø40) avec clips sur tige aluminium
• 1 porte prisme sur tige aluminium
• 1 écran dépoli quadrillé 150x150mm² sur tige aluminium
• 1 source lumineuse ECOLED 3W avec condenseur F+50mm
• 1 alimentation pour source lumineuse
• 1 lot de 4 lentilles verre minéral (F -100/+125/+250/+500)
• 1 lot de 8 diaphragmes métal (4 diaphragmes trous ø1/2/5/10,
chiffre "1", 1 fente, 3 fentes et lettre "d")
Utilisation
-
Placer les portes lentilles et l’écran sur les cavaliers.
Sur l’un des cavaliers, mettre la source ECOLED
Brancher l’alimentation 6V à l’arrière de la source et sur le secteur.
Vous pouvez maintenant utiliser le banc en variant les expériences
de focométrie et de diffraction.
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Distance focale des lentilles minces
L’objectif est de montrer les différentes méthodes de détermination de la
distance focale des lentilles minces.
1. Auto collimation
Source
ECOLED
Diaphragme
d
Lentille à
étudier
Miroir
50x50
-
Placer la source sur la graduation 0.
Placer le diaphragme lettre d devant la source ECOLED.
Placer une lentille convergente dans un porte-lentille.
Placer sur ce même porte-lentille un miroir 50x50.
Déplacer l’ensemble sur le banc jusqu’à obtenir sur le diaphragme
une image inversée nette et de même dimension.
- La distance entre le diaphragme et la lentille correspond alors à la
distance focale de la lentille.
EXPLICATION THEORIQUE:
Le diaphragme se trouvant dans
le plan focal objet de la lentille,
il donne une image à l’infini.
Grâce au miroir, au retour,
cette image à l’infini devient un
objet à l’infini qui donnera une
image réelle dans le plan focal
objet soit sur le diaphragme.
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2. Méthode de l’image à l’infini
Lentille à
étudier
Mur
lointain
- On reste dans la configuration précédente, mais
on enlève le miroir 50x50.
- Déplacer le cavalier avec la lentille à étudier
jusqu’à obtenir sur le mur une image inversée
nette.
- La distance entre l‘objet et la lentille correspond
alors à la distance focale de la lentille.
EXPLICATION THEORIQUE:
Le diaphragme se trouvant dans le plan
focal objet, il donne une image à l’infini.
Celle-ci reste nette quelque soit la
distance du mur
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3. Méthode de l’objet à l’infini
Lentille
auxiliaire
Lentille à
étudier
Ecran
- On utilise cette fois une lentille auxiliaire que
l’on place de telle manière à obtenir une image
nette à l’infini (cf. méthode de l’image à
l’infini).
- On place ensuite sur le banc la lentille à étudier
et l’écran.
- On déplace alors l’écran par rapport à la lentille
jusqu’à obtenir une image nette.
- La distance focale de la lentille est alors la
distance entre la lentille et l’écran.
EXPLICATION THEORIQUE:
La première lentille permet d’obtenir une image à l’infini qui servira d’objet
à l’infini pour la lentille à étudier.
Ainsi en plaçant l’écran dans le plan focal image de la lentille à étudier on
obtient une image nette.
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4. Relation de conjugaison de Descartes
Lentille à
étudier
̅̅̅̅
𝑂𝐴
Ecran
̅̅̅̅̅
𝑂𝐴′
- On place la lentille à étudier sur le banc.
- On réalise une image nette sur l’écran en déplaçant l’écran.
- Soit ̅̅̅̅
𝑂𝐴 la distance entre la lentille et l’objet (distance algébrique)
̅̅̅̅̅
et 𝑂𝐴’ la distance entre la lentille et l’écran (distance algébrique).
- La distance focale peut être calculée grâce à la formule de
Descartes :
1
1
1
=
−
̅̅̅̅
̅̅̅̅̅ 𝑂𝐴
𝑓′ 𝑂𝐴′
A
A’
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5. Méthode de Bessel
Position 1
Position 2
Ecran
d
D
- On reste dans la configuration précédente.
- Déplacer le cavalier avec la lentille à étudier depuis le diaphragme
vers l’écran jusqu’à obtenir sur l’écran une image inversée nette
agrandie. Notez la valeur de cette position 1 (X1).
- Continuer à déplacer le cavalier vers l’écran jusqu’à obtenir sur
celui-ci une seconde image inversée nette réduite. Notez la valeur
de cette position 2 (X2).
- Soit D la distance entre l’objet et l’écran et d = X2 - X1
EXPLICATION THEORIQUE:
La distance focale de la
lentille est alors donnée
par la formule de Bessel:
D2 −d²
𝑓′ = 4xD
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6. Méthode de Silbermann
D
- Cette méthode est un cas particulier de la méthode de Bessel.
- On cherche cette fois la position de la lentille et de l’écran
permettant d’obtenir sur l’écran une image inversée de taille
identique à l’objet.
𝐷
- Dans ce cas, la distance focale de la lentille est :𝑓′ = 4
EXPLICATION THEORIQUE:
Il s’agit d’un cas particulier de la méthode de Bessel où d=0 ainsi en
𝐷
reprenant la formule de Bessel, on obtient: 𝑓′ = 4
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7. Cas des lentilles divergentes – méthode de Badal
Dans le cas des lentilles divergentes, on ne peut pas obtenir une image réelle
à partir d’un objet réel.
- On se place dans la configuration de la méthode de l’objet à l’infini
(page 7) avec 2 lentilles convergentes. On en déduit alors la focale
de la deuxième lentille f’2 qui est la distance entre la lentille 2 et
l’écran.
- On place ensuite la lentille divergente à étudier dans le plan focal
objet de la deuxième lentille convergente (soit à une distance f’2
avant la deuxième lentille). On déplace alors l’écran pour obtenir
une image nette. Soit d la distance entre les 2 positions de l’écran.
- 𝑓3 ′ =
𝑓′2
d
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Représentation d’instruments d’optique
Avec ce banc, il est également possible de représenter différents
instruments optiques afin de mieux comprendre leur fonctionnement.
1. Microscope
-
Placer la source sur la graduation 0.
Placer le diaphragme à 1 fente sur la source ECOLED.
Placer la lentille F+125 proche du diaphragme.
Placer ensuite la lentille F+250 à 20cm de la première lentille
Déplacer le couple de 2 lentilles pour faire le point.
Mesurer la largeur de l’image obtenue.
Réaliser la même opération en espaçant les deux lentilles de 50cm.
Comparer l’image obtenue avec la précédente.
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2. Lunette de Kepler
Accessoires complémentaires :
• 1 cavalier BO Lycée
• 1 lentille ø40 F+50
- Placer la source sur la graduation 0.
- Placer le diaphragme à 1 fente sur la
source ECOLED.
- Placer ensuite la lentille F+50 à 5cm
du diaphragme. Cela permettra de
simuler un objet à l’infini.
- Placer ensuite la lentille F+250 sur le
banc.
- Placer enfin la lentille F+125 à
environ 37.5cm de la précédente
lentille.
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3. Lunette de Galilée
Accessoires complémentaires :
• 1 cavalier BO Lycée
• 1 lentille ø40 F+50
- Placer la source sur la graduation 0.
- Placer le diaphragme à 1 fente sur la
source ECOLED.
- Placer ensuite la lentille F+50 à 5cm du
diaphragme. Cela permettra de simuler
un objet à l’infini.
- Placer ensuite la lentille F+250 sur le
banc.
- Placer enfin la lentille F-100 à environ
15cm de la précédente lentille.
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Diffraction de la lumière blanche
1. Prisme
Accessoires complémentaires :
• 1 prisme
• 1 rail BO lycée 500
• 1 articulation BO lycée
- Placer la source sur la graduation 0.
- Placer le diaphragme à 1 fente sur la
source ECOLES
- Placer ensuite la lentille F+250 à
25cm
du
diaphragme.
Cela
permettra de simuler un objet à
l’infini.
- Placer ensuite le porte prisme avec
le prisme sur le banc.
- Placer l’écran à côté du banc pour
observer.
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2. Réseau
Accessoires complémentaires :
• 1 valisette de diffraction
- Placer la source sur la graduation 0.
- Placer le diaphragme à 1 fente juste devant la source.
- Placer ensuite la lentille F+250 à 25cm du diaphragme.
Cela permettra de simuler un objet à l’infini.
- Placer ensuite le réseau 300 traits.
- Observer la diffraction de la lumière.
- Vous pouvez recommencer l’opération avec un autre réseau
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Diffraction et interférences
A l’aide d’un laser TRIO, il est également possible de réaliser des
expériences de diffraction et d’interférences.
1. Réseau
Accessoires complémentaires :
• 1 laser TRIO rouge
• 1 laser TRIO vert
• 1 valisette de diffraction
-
Placer le laser TRIO rouge sur la graduation 0.
Placer ensuite le réseau 300 traits.
Observer la diffraction de la lumière du laser sur l’écran.
Soit d la distance entre le réseau et l’écran.
Soit x la distance entre le mode principal et le mode de rang 1.
Il est possible alors de retrouver le nombre de traits du réseau.
Vous pouvez recommencer l’opération avec un autre réseau ou
un laser TRIO vert
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2. Fentes de diffraction
Accessoires complémentaires :
• 1 laser TRIO vert
• 1 valisette de diffraction
-
Placer le laser TRIO vert sur la
graduation 0.
Placer ensuite la diapositive 7 fentes/7
traits.
Observer la diffraction de la lumière du
laser sur l’écran.
Soit d la distance entre le réseau et
l’écran.
Soit x la distance entre le mode
principal et le mode de rang 1.
Il est possible alors de retrouver la
largeur de la fente.
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3. Fentes de Young
Accessoires complémentaires :
• 1 laser jeton
• 1 valisette de diffraction
- Placer le laser TRIO vert sur la
graduation 0.
- Placer ensuite la diapositive fentes
de Young à écartement variable.
- Observer les interférences de la
lumière du laser sur l’écran.
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