Devoir Surveillé – Chapitre 15

Former des images : lentilles, lunette astronomique, modèle du photon | Physique-Chimie | Terminale spécialité

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Nom : Prénom : Classe : Date : Note : / 20

🕑 Durée : 1 heure

🧮 Calculatrice : autorisée

✍ Barème : 20 points

📄 Données : \(h = 6{,}63\times 10^{-34}\) J·s ; \(c = 3{,}0\times 10^{8}\) m·s\(^{-1}\)

Exercice 1 — Lentille mince convergente (8 points)

Un objet \(AB\) est placé à \(\overline{OA} = -30\) cm devant une lentille convergente de distance focale \(f' = 10\) cm.

1. Rappelle la relation de conjugaison (avec origine au centre optique). (2 pts)

2. Détermine la position \(\overline{OA'}\) de l'image. (3 pts)

3. Calcule le grandissement \(\gamma\) et précise si l'image est droite ou renversée, réelle ou virtuelle. (3 pts)

1. \(\dfrac{1}{\overline{OA'}}-\dfrac{1}{\overline{OA}}=\dfrac{1}{f'}\).

2. \(\dfrac{1}{\overline{OA'}}=\dfrac{1}{f'}+\dfrac{1}{\overline{OA}}=\dfrac{1}{10}+\dfrac{1}{-30}=\dfrac{3-1}{30}=\dfrac{2}{30}\Rightarrow\overline{OA'}=15\) cm.

3. \(\gamma=\dfrac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}=\dfrac{15}{-30}=-0{,}50\). Image renversée (\(\gamma\lt 0\)), plus petite, et réelle (\(\overline{OA'}\gt 0\), du côté opposé à l'objet).

Exercice 2 — Lunette astronomique afocale (6 points)

Une lunette afocale est constituée d'un objectif de distance focale \(f'_1 = 90\) cm et d'un oculaire de distance focale \(f'_2 = 3{,}0\) cm.

1. Que signifie « afocale » et comment les foyers de l'objectif et de l'oculaire sont-ils disposés ? (2 pts)

2. Donne l'expression du grossissement \(G\) et calcule sa valeur. (4 pts)

1. « Afocale » : d'un objet à l'infini, la lunette donne une image à l'infini. Le foyer image de l'objectif \(F'_1\) est confondu avec le foyer objet de l'oculaire \(F_2\).

2. \(G=\dfrac{f'_1}{f'_2}=\dfrac{90}{3{,}0}=30\). La lunette grossit 30 fois l'angle sous lequel l'objet est vu.

Exercice 3 — Modèle du photon (6 points)

Une lumière rouge a une longueur d'onde \(\lambda = 660\) nm.

1. Donne l'expression de l'énergie d'un photon en fonction de \(\lambda\). (2 pts)

2. Calcule l'énergie de ce photon en joules. (3 pts)

3. Un photon bleu est-il plus ou moins énergétique qu'un photon rouge ? Justifie. (1 pt)

1. \(E = h\,\nu = \dfrac{h\,c}{\lambda}\).

2. \(E = \dfrac{6{,}63\times 10^{-34}\times 3{,}0\times 10^{8}}{660\times 10^{-9}}\approx 3{,}0\times 10^{-19}\) J.

3. Le bleu a une longueur d'onde plus courte : comme \(E=\dfrac{hc}{\lambda}\), un photon bleu est plus énergétique.