Optique - Jeulin

Optique
Coffret
Réf :
202 203
Français – p 1
Version : 0109
Coffret complet banc d’optique
Optique
Coffret complet banc d’optique
Réf :
202 203
1 Description
Le coffret banc d’optique est un
ensemble complet permettant de
réaliser facilement de nombreuses
expériences élémentaires d’optique.
Il est composé, d’une part, d’un banc
gradué de longueur 600 mm et,
d’autre
part,
d’une
multitude
d’accessoires.
L’ensemble de ces derniers est livré
dans une caisse rigide permettant un
rangement aisé.
2 Caractéristiques
2.1
Composition
L’ensemble est composé de :
¾ 1 banc gradué en mm, 600 x 60 x 20 mm (livré seul, en dehors de la
caisse de rangement),
¾ 1 caisse de rangement, 425 x 310 x 150 mm, comprenant :
- 6 cavaliers,
- 1 source lumineuse 20 W, équipée de douilles de sécurité 4 mm, sur support,
- 3 lentilles biconvexes Ø 50 mm, de focales +50 mm, +100 mm et +200 mm,
- 2 lentilles biconcaves Ø 50 mm, de focales -100 mm et -200 mm,
- 1 lentille demi-cylindrique Ø 60 mm,
- 1 miroir métallique,
- 1 diapositive 1 fente et 1 diapositive 5 fentes,
- 1 diapositive 4 trous,
- 1 diapositive « chiffre 1 »,
- 1 réseau de diffraction,
- 1 prisme type Crown 60° et 1 prisme verre 90°,
- 1 plateau porte prisme,
- 3 filtres colorés 50 x 50 mm,
- 1 polariseur linéaire,
- 1 œil modélisé,
- 4 éléments optiques, épaisseur 8 mm :
• 1 triangle isocèle 35 x 50 mm,
• 1 rectangle 60 x 32 mm,
• 1 ellipse 47 x 30,
• 1 lentille concave/plan, largeur 40 mm,
- 1 cuve cylindrique Ø 50 mm, hauteur 50 mm,
- 1 cuve hémicylindrique Ø 70 mm, hauteur 20 mm,
- 1 bougie type « chauffe plat »,
- 1 disque gradué,
- 1 écran translucide et 1 écran opaque,
- 2 supports de diapositive,
- 2 pieds supports pour banc, réglables.
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2.2
Manipulations
L’ensemble permet de réaliser de nombreuses manipulations d’optique
géométrique telles que :
-
La propagation de la lumière,
L’étude des ombres,
La décomposition de la lumière blanche,
L’étude des couleurs,
L’étude des lentilles et des miroirs,
La dispersion de la lumière,
Réflexion, réfraction,
L’étude d’instruments d’optique,
La diffraction,
L’étude des diaphragmes ...
3 Mise en œuvre
3.1
Réglage du banc
Le banc est livré avec 2 pieds supports qui se fixent à chaque extrémité du
banc.
Pour cela, insérer les petites tiges, situées sur la partie supérieure du pied,
dans les encoches inférieures du banc.
Les pieds sont munis de vis de réglages, permettant d’ajuster facilement la
hauteur du banc, en vissant ou dévissant les tiges filetées.
3.2
Installation des cavaliers
Le coffret propose 6 cavaliers qui permettent d’installer l’ensemble des portecomposants.
La mise en place d’un cavalier s’effectue en le glissant, par une extrémité du
banc, dans les rainures prévues à cet effet.
Une fenêtre de visualisation avec un index,
permet de repérer aisément la position de
chaque cavalier.
3.3
Montage des lentilles
Chaque lentille doit être montée sur un porte-lentille en utilisant une bague de
protection fournie.
Dans un premier temps, retirer la bague de protection puis insérer la lentille
choisie.
Mettre en place ensuite la bague de protection en appuyant fortement sur
celle-ci.
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4 Expérimentations
4.1
Rappel
Lentille convergente
Une lentille est dite convergente lorsque celleci rapproche les rayons de l’axe optique.
Schématisation d’une lentille convergente ►
Lentille divergente
Une lentille est dite divergente lorsque celle-ci
éloigne les rayons de l’axe optique.
Schématisation d’une lentille divergente ►
Foyers
Les lentilles sont des systèmes focaux. Les plans focaux objet et image sont
les plans perpendiculaires à l’axe optique et contenant respectivement F et F’.
A noter que :
- le foyer objet et le foyer image d’une lentille convergente sont réels.
- le foyer objet et le foyer image d’une lentille divergente sont virtuels.
- d’après le principe du retour inverse de la lumière, les foyers objet et image
sont symétriques par rapport au centre optique et donc OF = −OF’
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Foyer objet d’une lentille convergente
Foyer image d’une lentille convergente
Foyer objet d’une lentille divergente
Foyer image d’une lentille divergente
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4.2
Exemples de manipulations
4.2.1 Détermination de la formule de conjugaison avec
origine au centre
Objectif : vérifier les formules de conjugaison et déterminer une distance
focale.
Matériel nécessaire : banc gradué, source lumineuse, diapositive « chiffre 1 »,
2 lentilles convergentes (L1 de focale connue F = 50 mm, et L2 de focale
inconnue).
Description : vérifier que le banc d’optique est bien à l’horizontal.
Installer la source à une extrémité du banc. Placer la diapositive « chiffre 1 »,
la lentille convergente L1 et l’écran en s’assurant que la lentille est à une
distance supérieure à F de la diapositive et de l’écran.
Allumer la source. Déplacer l’écran afin d’observer une image nette du
« chiffre 1 ».
Mesurer OA et OA’, ainsi que A’B’ sur l’écran.
Déplacer cette fois-ci la lentille et reformer une autre image du « chiffre 1 » sur
l’écran.
Mesurer les nouvelles valeurs de OA et OA’ ainsi que de A’B’.
Vérifier la formule de conjugaison :
En gardant le même montage, il sera possible de déterminer la distance focale
d’une lentille L2 en formant sur l’écran, une image du « chiffre 1 » et en
déterminant les distance OA’ et OA.
De la même manière, calculer les rapports :
identiques.
Nous pourrons voir que le grandissement γ =
et
et vérifier qu’ils sont
=
4.2.2 Spectre de dispersion de la lumière blanche
Objectif : étude d’un prisme et d’un réseau de diffraction
Matériel : banc d’optique, source lumineuse, diapositive « 1 fente », lentille
convergente F = 50 mm, prisme, réseau, disque gradué.
Description : vérifier que le banc d’optique est bien à l’horizontal.
Installer la source à une extrémité du banc avec la diapositive « 1 fente »
devant.
Placer ensuite la lentille et l’écran puis chercher l’image de la fente sur l’écran.
Intercaler entre la lentille et l’écran le prisme placé sur le disque gradué.
Eclairer une des faces du prisme et vérifier que la lumière ne ressort que par
une seule autre face.
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Faire pivoter le disque afin de trouver le minimum de déviation.
Le spectre de la lumière blanche s’étale sur l’écran. Observer que le violet est
la couleur la plus déviée et que le rouge est celle la moins déviée.
En remplaçant le prisme par un réseau de diffraction, nous observerons cette
fois que le rouge est la couleur la plus déviée et le violet, la moins déviée.
4.2.3 Réflexion – Réfraction
Objectif n°1 : Réflexion – Principe du galvanomètre
Matériel : banc d’optique, source lumineuse, diapositive « 1 fente », disque
gradué, miroir plan.
Description : vérifier que le banc d’optique est bien à l’horizontal.
Installer la source à une extrémité du banc avec la diapositive « 1 fente »
placée devant. Mettre en place le miroir sur le disque gradué, au milieu du
banc.
Allumer la source et noter les positions du miroir, du rayon incident et du rayon
réfléchi.
Faire pivoter le miroir autour d’un axe vertical passant par le point d'incidence
du rayon.
Noter ainsi l’ensemble des positions respectives du miroir et des rayons
réfléchis correspondants.
Constater que la différence entre les deux angles de réflexion est le double de
celle des deux angles d'incidence.
Objectif n°2 : Réflexion – Réfraction totale
Matériel : banc d’optique, source lumineuse, diapositive « 1 fente », disque
gradué, lentille semi-circulaire Ø 60 mm.
Description : vérifier que le banc d’optique est bien à l’horizontal.
Installer la source à une extrémité du banc avec la diapositive « 1 fente »
placée devant. Mettre en place la lentille sur le disque gradué, au milieu du
banc.
Allumer la source et orienter la lentille de telle sorte que le rayon incident
traverse celle-ci et arrive au centre de la surface plane avant de ressortir.
Chercher l'angle d'incidence pour lequel le rayon réfracté disparaît et pour
lequel il n'existe plus que le rayon réfléchi.
En répétant plusieurs fois l'expérience, nous trouverons que cet angle
d'incidence minimum a toujours la même valeur.
Cet angle est appelé l’angle limite : ic.
Nous pourrons également constater que sin ic = 1/n
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Objectif n°3 : Réfraction
Matériel : banc d’optique, source lumineuse, diapositive « 1 fente », disque
gradué, lentille semi-circulaire Ø 60 mm.
Description : vérifier que le banc d’optique est bien à l’horizontal.
Installer la source à une extrémité du banc avec la diapositive « 1 fente »
placée devant. Mettre en place la lentille sur le disque gradué, au milieu du
banc.
Allumer la source et orienter la lentille de telle sorte que le rayon incident
arrive perpendiculairement à la surface plane et en son centre.
Après avoir constaté que le rayon n’était pas dévié, faites varier l’angle
d’incidence de 0 à 90°, en se servant des repères sur le disque gradué, de
telle manière que le rayon incident arrive toujours au centre de la surface
plane.
Relever à chaque fois les angles d’incidence i et de réflexion r puis calculer le
rapport sin(i) / sin (r).
Nous observerons que dans le cas de petits angles d'incidence, le rayon
réfléchi sur la surface plane est peu lumineux et que le rayon réfracté est aussi
lumineux que le rayon incident.
De même, l’intensité du rayon réfléchi augmente au fur et à mesure que
l'angle d'incidence augmente.
Nous constaterons également que le rayon réfracté possède des bords
colorés.
4.2.4 Etude d’un instrument d’optique : le microscope
Objectif : association de lentilles – notion de grossissement
Matériel : banc d’optique, 2 lentilles (une de courte focale et l’autre de grande
focale), écran, un objet quelconque.
Description : Le microscope simplifié est composé de 2 lentilles : l’objectif et
l’oculaire.
Le schéma optique sera le suivant :
Le but est d’obtenir une image agrandie de l’objet AB.
Pour cela, il est nécessaire que l’objet en question soit placé à une distance
supérieure à la focale de la lentille « objectif ».
Ainsi, nous obtenons une image réelle inversée plus grande que l’objet : A’B’.
Positionner la 2ème lentille « oculaire » de telle sorte que l’image agrandie soit
dans son plan focal.
L’œil placé derrière l’oculaire voit alors une image à « l’infini » de l’objet
« agrandi ».
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5 Service après vente
La garantie est de 2 ans, le matériel doit être retourné dans nos ateliers.
Pour toutes réparations, réglages ou pièces détachées, veuillez contacter :
JEULIN - SUPPORT TECHNIQUE
Rue Jacques Monod
BP 1900
27 019 EVREUX CEDEX France
0825 563 563 *
* 0,15 € TTC/ min à partir d'un poste fixe
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