Optique : lumière, lentilles et instruments en Terminale
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de optique : lumière, lentilles et instruments pour les élèves de Terminale. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Propagation rectiligne de la lumière
- Lentilles convergentes et divergentes
- Formation d'images et grandissement
- Instruments optiques (œil, appareil photo, loupe)
- Spectre électromagnétique et couleurs
Propagation rectiligne de la lumière
La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène (uniforme). Elle change de direction seulement quand elle rencontre un obstacle ou change de milieu.
Exemple
Le faisceau d'un pointeur laser trace une ligne droite dans l'air ; à la surface de l'eau d'un verre, il est brusquement dévié (réfraction), puis repart en ligne droite dans l'eau.
À retenir : La lumière se propage toujours en ligne droite sauf si elle rencontre un obstacle ou change de milieu.
Lentilles convergentes et divergentes
Une lentille convergente (à bords minces) concentre les rayons lumineux vers un point focal. Une lentille divergente (à bords épais) écarte les rayons lumineux comme s'ils venaient d'un point focal.
Exemple
Les lunettes de vue : verres divergents pour les myopes qui voient mal de loin, verres convergents pour les hypermétropes qui voient mal de près.
À retenir : Lentille convergente = épaisse au centre, lentille divergente = fine au centre.
Formation d'images et grandissement
Une lentille crée une image d'un objet. L'image peut être réelle (projetable sur un écran) ou virtuelle (visible seulement en regardant à travers). Le grandissement $\gamma = \frac{\overline{A'B'}}{\overline{AB}} = \frac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}$ compare la taille (algébrique) de l'image à celle de l'objet ; s'il est négatif, l'image est renversée.
Exemple
Un appareil photo crée une image réelle et réduite du paysage sur le capteur. Une loupe crée une image virtuelle et agrandie du texte.
À retenir : Le grandissement indique si l'image est agrandie ($|\gamma| > 1$) ou réduite ($|\gamma| < 1$).
Instruments optiques : œil, appareil photo, loupe
L'œil fonctionne comme un appareil photo : la cornée et le cristallin (lentille) forment une image réelle sur la rétine. L'appareil photo utilise un objectif (lentille) pour capturer l'image. La loupe est une lentille convergente qui agrandit les petits objets.
Exemple
Quand tu regardes ton téléphone, les muscles qui entourent ton cristallin se contractent et le cristallin se bombe : c'est l'accommodation, qui ajuste la netteté. Un appareil photo fait la même chose avec son autofocus. La loupe du bijoutier agrandit les détails des pierres.
À retenir : L'œil, l'appareil photo et la loupe sont tous basés sur des lentilles convergentes.
Spectre électromagnétique et couleurs
La lumière visible est une petite partie du spectre électromagnétique. Elle s'étend du violet (courte longueur d'onde, environ 400 nm) au rouge (longue longueur d'onde, environ 700 nm). Les autres radiations (infrarouge, ultraviolet, rayons X) ne sont pas visibles.
Exemple
Les télécommandes utilisent l'infrarouge invisible. Les crèmes solaires protègent contre les ultraviolets invisibles. Un arc-en-ciel montre toutes les couleurs visibles du spectre.
À retenir : La couleur dépend de la longueur d'onde : violet court, rouge long.
Les points clés
- La lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène
- Les lentilles convergentes concentrent la lumière, les divergentes l'écartent
- Le grandissement $\gamma = \frac{\overline{A'B'}}{\overline{AB}} = \frac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}$ compare les tailles de l'image et de l'objet
- L'œil, l'appareil photo et la loupe fonctionnent avec des lentilles convergentes
- La lumière visible s'étend de 400 nm (violet) à 700 nm (rouge)
L'essentiel
La lumière se propage en ligne droite et les lentilles la dévient pour former des images, ce qui explique le fonctionnement de l'œil, des appareils photo et des loupes.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un objet de hauteur 2 cm est placé à 30 cm devant une lentille convergente de distance focale 10 cm. Calcule la position de l'image et son grandissement.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Une loupe a une distance focale de 5 cm. À quelle distance de la loupe dois-tu placer un objet pour obtenir une image virtuelle, droite et agrandie 5 fois ?
Corrige cet exercice avec le tuteur →