Former des images : lentilles, lunette astronomique, modèle du photon | Physique-Chimie | Terminale spécialité
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Un objet \(AB\) est placé à 30 cm devant une lentille convergente de distance focale \(f' = 10\) cm (soit à une distance supérieure à \(f'\)).
1. L'image obtenue est-elle réelle ou virtuelle ? 2. Est-elle droite ou renversée ? (raisonnement qualitatif d'un objet situé au-delà du foyer)
1. Un objet situé au-delà du foyer objet donne une image réelle (que l'on peut recueillir sur un écran).
2. L'image est renversée (inversée par rapport à l'objet).
Avec la lentille de l'exercice 1 (\(f' = 10\) cm) et l'objet à \(\overline{OA} = -30\) cm, on utilise \(\dfrac{1}{\overline{OA'}}-\dfrac{1}{\overline{OA}}=\dfrac{1}{f'}\).
Détermine la position \(\overline{OA'}\) de l'image.
\(\dfrac{1}{\overline{OA'}}=\dfrac{1}{f'}+\dfrac{1}{\overline{OA}}=\dfrac{1}{10}+\dfrac{1}{-30}=\dfrac{3-1}{30}=\dfrac{2}{30}=\dfrac{1}{15}\).
Donc \(\overline{OA'}=+15\) cm : l'image se forme à 15 cm derrière la lentille (réelle).
On reprend la situation précédente (\(\overline{OA'}=+15\) cm, \(\overline{OA}=-30\) cm). L'objet mesure \(AB = 2{,}0\) cm.
1. Calcule le grandissement \(\gamma=\dfrac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}\). 2. En déduire la taille de l'image et confirmer qu'elle est renversée.
1. \(\gamma=\dfrac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}=\dfrac{15}{-30}=-0{,}50\).
2. \(\overline{A'B'}=\gamma\times\overline{AB}=-0{,}50\times 2{,}0=-1{,}0\) cm. L'image mesure 1,0 cm ; le signe « − » indique qu'elle est renversée.
Une lunette afocale est constituée d'un objectif de distance focale \(f'_1 = 90\) cm et d'un oculaire \(f'_2 = 3{,}0\) cm.
1. Que signifie « afocale » ? 2. Calcule le grossissement \(G=\dfrac{f'_1}{f'_2}\).
1. « Afocale » signifie qu'un objet à l'infini donne une image à l'infini : le foyer image de l'objectif coïncide avec le foyer objet de l'oculaire.
2. \(G=\dfrac{f'_1}{f'_2}=\dfrac{90}{3{,}0}=30\) : l'objet observé paraît 30 fois plus grand (angulairement).
Une lumière rouge a une longueur d'onde \(\lambda = 633\) nm. Données : \(h = 6{,}63\times 10^{-34}\) J·s ; \(c = 3{,}00\times 10^{8}\) m·s\(^{-1}\).
Calcule l'énergie d'un photon de cette lumière.
\(E=\dfrac{h\,c}{\lambda}=\dfrac{6{,}63\times 10^{-34}\times 3{,}00\times 10^{8}}{633\times 10^{-9}}=\dfrac{1{,}99\times 10^{-25}}{6{,}33\times 10^{-7}}\approx 3{,}1\times 10^{-19}\) J.
Un métal n'émet des électrons que si les photons reçus ont une énergie au moins égale à un seuil \(E_s = 3{,}0\times 10^{-19}\) J. On l'éclaire successivement avec une lumière rouge (\(E_{rouge}=3{,}1\times 10^{-19}\) J par photon) puis bleue (\(E_{bleu}=4{,}5\times 10^{-19}\) J).
1. Chacune de ces lumières provoque-t-elle l'émission d'électrons ? 2. Qu'est-ce que cela montre sur la nature de la lumière ? 3. Augmenter l'intensité d'une lumière trop peu énergétique suffit-il ?
1. Rouge : \(E_{rouge}=3{,}1\times 10^{-19}\) J, juste au-dessus du seuil → émission (de justesse). Bleu : \(E_{bleu}=4{,}5\times 10^{-19}\) J, au-dessus du seuil → émission. Les deux fonctionnent ici.
2. Le fait qu'il faille une énergie minimale par photon montre l'aspect corpusculaire de la lumière (échange d'énergie par « paquets », les photons).
3. Non : si l'énergie d'un photon est sous le seuil, augmenter l'intensité (plus de photons) n'y change rien — chaque photon reste trop peu énergétique. C'est bien l'énergie par photon qui compte.