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Interrogation — Ch15 : Former des images — lentilles, lunette, photon

Terminale générale | Physique-Chimie | Durée : 15 min | /20

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

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

Calculatrice autorisée.

Exercice 1 — Relation de conjugaison et grandissement (8 pts)

Un objet AB de hauteur 2,0 cm est placé à 15 cm devant une lentille mince convergente de distance focale \(f' = 10\) cm (soit \(\overline{OA} = -15\) cm).

  1. Écrire la relation de conjugaison des lentilles minces. (1,5 pt)
  2. Calculer la position \(\overline{OA'}\) de l'image. (3 pts)
  3. Calculer le grandissement \(\gamma\) et en déduire la taille et le sens de l'image. (3,5 pts)

a) \(\dfrac{1}{\overline{OA'}}-\dfrac{1}{\overline{OA}}=\dfrac{1}{f'}\). (1,5 pt)

b) \(\dfrac{1}{\overline{OA'}}=\dfrac{1}{f'}+\dfrac{1}{\overline{OA}}=\dfrac{1}{10}+\dfrac{1}{-15}=\dfrac{3-2}{30}=\dfrac{1}{30}\), donc \(\overline{OA'}=+30\) cm : image réelle, 30 cm derrière la lentille. (3 pts)

c) \(\gamma=\dfrac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}=\dfrac{30}{-15}=-2{,}0\). L'image est renversée (\(\gamma<0\)) et 2 fois plus grande que l'objet : \(A'B' = |\gamma|\times AB = 2{,}0\times2{,}0 = 4{,}0\) cm. (3,5 pts : 1,5 pt calcul de γ, 1 pt sens, 1 pt taille)

Exercice 2 — Lunette astronomique afocale (6 pts)

Une lunette astronomique est constituée d'un objectif de distance focale \(f'_1 = 900\) mm et d'un oculaire de distance focale \(f'_2 = 25\) mm. Elle est réglée en configuration afocale.

  1. Que signifie « afocale » ? Où se trouvent alors le foyer image \(F'_1\) de l'objectif et le foyer objet \(F_2\) de l'oculaire ? (2 pts)
  2. Rappeler l'expression du grossissement \(G\), puis le calculer. (2,5 pts)
  3. Quelle est la longueur (distance objectif–oculaire) de la lunette ? (1,5 pt)

a) Une lunette afocale donne d'un objet à l'infini une image à l'infini (observation sans accommoder). Pour cela, le foyer image de l'objectif et le foyer objet de l'oculaire sont confondus : \(F'_1 = F_2\). (2 pts)

b) \(G=\dfrac{f'_1}{f'_2}=\dfrac{900}{25}=36\). (2,5 pts : 1 pt formule, 1,5 pt calcul)

c) \(L=f'_1+f'_2=900+25=925\ \text{mm}\approx0{,}93\ \text{m}\). (1,5 pt)

Exercice 3 — Le modèle du photon (6 pts)

Un pointeur laser vert émet une lumière de longueur d'onde \(\lambda = 532\) nm avec une puissance \(P = 1{,}0\) mW.

GrandeurSymboleValeur
Constante de Planck\(h\)\(6{,}63\times10^{-34}\ \text{J·s}\)
Célérité de la lumière dans le vide\(c\)\(3{,}00\times10^{8}\ \text{m·s}^{-1}\)
Longueur d'onde\(\lambda\)\(532\) nm
  1. Rappeler l'expression de l'énergie d'un photon en fonction de \(h\), \(c\) et \(\lambda\), puis la calculer. (3 pts)
  2. Calculer le nombre de photons émis par seconde par le pointeur. (2 pts)
  3. Dans l'effet photoélectrique, aucun électron n'est arraché au métal si la fréquence de la lumière est inférieure à une fréquence seuil, quelle que soit son intensité. Pourquoi ce résultat justifie-t-il l'aspect corpusculaire de la lumière ? (1 pt)

a) \(E=h\,\nu=\dfrac{h\,c}{\lambda}=\dfrac{6{,}63\times10^{-34}\times3{,}00\times10^{8}}{532\times10^{-9}}\approx3{,}7\times10^{-19}\ \text{J}\). (3 pts : 1 pt formule, 2 pts calcul)

b) \(N=\dfrac{P}{E}=\dfrac{1{,}0\times10^{-3}}{3{,}7\times10^{-19}}\approx2{,}7\times10^{15}\) photons par seconde. (2 pts)

c) L'énergie arrive par quanta \(E=h\nu\) : chaque électron est arraché par un photon. Si \(h\nu\) est inférieur à l'énergie d'extraction, aucun photon ne peut arracher d'électron, même s'ils sont très nombreux (intensité élevée). Une onde continue, elle, finirait par accumuler assez d'énergie : le seuil s'explique donc par l'aspect corpusculaire. (1 pt)

Total : 8 + 6 + 6 = 20 points.