Exercice 3 Microscope 4 points

Exercice 3 spé PC: Microscope (5 points)


Principe d'un microscope utilisé dans un laboratoire de biologie :


Un objectif de très courte distance focale (quelques millimètres) placé
près de l'objet observé, donne de celui-ci une image agrandie. Un oculaire
joue le rôle de loupe pour observer cette image.
Un microscope est un appareil constitué
1. d'un objectif assimilable à une lentille mince convergente (L1) de
vergence C1 = 250 (.
2. d'un oculaire, lentille convergente (L2) de vergence C2 = 40 (.
L'intervalle optique, distance fixe séparant le foyer principal image F1'
de l'objectif du foyer principal objet F2 de l'oculaire est F1' F2= 16 cm.


On utilise cet appareil pour observer un objet AB perpendiculaire à l'axe
optique du microscope, le point A étant supposé placé sur axe.
On appelle A1B1 l'image de AB à travers l'objectif (L1) et A2B2 l'image
de A1B1 à travers (L2).


1. Microscope réel

1. Calculer les distances focales f1' et f2' de l'objectif et de
l'oculaire.
Rappel : avec la vergence en dioptries, on obtient la distance focale en
m !!!
[pic] (0.5 point)
1.2 L'objet AB est une spore de champignon de 2 µm.
Faire un schéma permettant de déterminer le diamètre apparent ( de la spore
lorsqu'elle est observée à l'?il nu à une distance dm= 25 cm.
Calculer ( (on fera l'approximation tan ( ( ().
(0.25 point)






(0.25 point) [pic]





2. Microscope modélisé
Pour illustrer le principe du microscope, on utilise le schéma donné en
annexe et qui ne respecte pas d'échelle (voir SCHEMA 1).
1. Construire l'image A1B1 de AB à travers l'objectif (L1). (0.25
point)

2. Où l'image A1B1 doit-elle se trouver pour l'oculaire si l'on veut
que l'image définitive A2B2 soit à l'infini ? (0.25 point)
A1B1 doit être dans le plan focal objet de Lé (ou : A1 doit être confondu
avec le foyer objet de L2


3. Représenter l'oculaire sur le schéma, sans souci d'échelle. (0.25
point)

Même si on ne respecte pas l'échelle, il faut f'1 < f'2


4. Construire l'image définitive A2B2 et indiquer sur le schéma
l'angle (', diamètre apparent de A2B, c'est-à-dire pour un
observateur utilisant le microscope. (0.25 point)

3. Microscope réel réglé de telle façon que l'image définitive A2B2 soit à
l'infini :
Les réponses numériques seront trouvées par le calcul.

3.1 Calculer la distance entre l'objectif et l'image A1B1. (0.25 point)
O1A1 = O1F'1 + F'1A1 = f'1 + F'1A1 = 0,4 + 16 = 16,4 cm


3.2 En déduire la distance entre l'objet observé et l'objectif. (0.5
point)
[pic]
Signe - car A est à gauche de l'objectif


3.3 Calculer la taille de l'image intermédiaire A1B1 et le
grandissement (1 de l'objectif. La valeur obtenue est-elle en accord
avec l'indication (( 40) signalée sur la monture de l'objectif ?
[pic](0.25 point)
image renversée
(0.25 point) [pic]
Pour ces 2 questions : + 0,25 si emploi des valeurs algébriques


3.4 Etablir l'expression de (' (voir question 3.2.4) en fonction de
A1B1 et f2'. Calculer sa valeur en faisant la même approximation qu'au
1.2. (0.25 point)
[pic]


4. Grossissement
Une des grandeurs importantes qui caractérise un microscope est son
grossissement standard G, défini par le rapport G =[pic].
4.1 Calculer le grossissement G de ce microscope. (0.25 point)
[pic]




4.2 On peut aussi exprimer G en fonction du grandissement (1 de
l'objectif et du grossissement G2 de l'oculaire ; G = |(1|.G2.
On a mélangé les trois oculaires dans la boîte qui les contient et
qui comporte les indications ( 4 ; ( 10 ; ( 40.
Quel oculaire a-t-on utilisé ? (0.25 point)


[pic]




5. Cercle oculaire
5.1 Donner la définition du cercle oculaire (0.25 point)
Le cercle oculaire est l'image par l'oculaire de l'objectif
5.2 Construire le cercle oculaire sur la figure 2 de l'annexe à rendre
avec la copie. (0. 5 point)


cercle oculaire J'K'
-----------------------








O1

F2


J



K


(L1)


K'



J'


F'2

O1

F1

A

B

(L1)

A1

A

B1

B

dm

(

B1

O1

F1

A

B

(L1)

A1

F2

F'2

B2(

A2(

(