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Lunette et instruments d'optique
Sujet Bac Corrigé - Modélisation du microscope - Bac S Amérique du Nord 2003 (ancien programme) - Ex 3 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2003
Bac S (ancien programme)
L'exercice de spécialité, sur 4 points : on modélise un microscope sur un banc d'optique avec deux lentilles convergentes, l'objectif puis l'oculaire. 🔬
- construire l'image donnée par l'objectif sur un schéma à l'échelle ;
- appliquer la relation de conjugaison et le grandissement ;
- comparer calculs et mesures, comprendre pourquoi un objet trop proche ne donne pas d'image sur l'écran ;
- placer l'oculaire pour une image à l'infini et tracer deux rayons ;
- calculer le grossissement et le relier au grossissement commercial.
Sujet officiel et corrigé détaillé en PDF, avec les pièges à éviter question par question.
✅ Correction
🫣
Correction Masquée
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Modéliser un microscope : l'exercice de spécialité du Bac S 2003 Amérique du Nord
Cet exercice de spécialité vaut 4 points, pour environ 52 minutes de travail. Il reproduit une séance de travaux pratiques : avec un objet lumineux de 0,5 cm, une lentille de distance focale 5 cm pour l'objectif et une lentille de 20 cm pour l'oculaire, on construit pas à pas le modèle d'un microscope. Trois parties s'enchaînent : l'objectif, l'oculaire, puis le grossissement.
Partie I : l'image donnée par l'objectif
Le schéma de l'annexe est à l'échelle 1/2 suivant l'axe et à l'échelle 1 dans la direction perpendiculaire. C'est le premier piège : les foyers, situés à 5 cm de la lentille, se placent à 2,5 cm sur le schéma, alors que la hauteur de l'objet se reporte telle quelle. Deux rayons issus de B suffisent pour trouver B1 ; le troisième sert de contrôle.
Avec l'objet à 6 cm devant la lentille, la relation de conjugaison donne une image à 30 cm après l'objectif, un grandissement de -5 et une image de -2,5 cm, réelle et renversée. Il faut écrire les distances algébriques avec leur signe : l'objet est en avant de la lentille, donc sa position est négative. Les mesures d'un élève, 31 cm et 2,7 cm, s'écartent d'environ 3 % et 8 % des valeurs calculées ; le corrigé explique pourquoi ces écarts restent compatibles avec la précision d'une mise au point sur un écran, d'autant que l'objet est très proche du foyer. Si l'objet est placé à 4 cm, donc entre le foyer et la lentille, l'image est virtuelle, à 20 cm du côté de l'objet : la lentille fonctionne en loupe et rien ne se forme sur l'écran.
Partie II : le rôle de l'oculaire
Pour que l'image finale soit à l'infini, l'image intermédiaire A1B1 doit se trouver dans le plan focal objet de l'oculaire. L'oculaire est donc placé 20 cm après A1, soit à 50 cm de l'objectif. Sur le second schéma, les rayons issus de B1 ressortent parallèles entre eux : le rayon passant par le centre optique n'est pas dévié et donne directement la direction de l'image à l'infini. La confusion entre foyer objet et foyer image est ici l'erreur la plus fréquente.
Partie III : le grossissement
Avec l'approximation des petits angles, l'angle sous lequel on voit l'image finale vaut 2,5 / 20 = 0,125 rad. À l'œil nu, à 25 cm, l'objet est vu sous 0,020 rad. Le grossissement vaut donc 6,25. Le corrigé insiste sur la différence entre grandissement, rapport de longueurs, et grossissement, rapport d'angles. Enfin, le grossissement commercial, produit de la vergence de l'oculaire, de la valeur absolue du grandissement et de 0,25 m, donne aussi 6,25 à condition d'exprimer toutes les longueurs en mètres.
Conseils pour réussir
Soignez les schémas : règle, échelles respectées, rayons fléchés. Écrivez la relation de conjugaison avec des grandeurs algébriques avant de remplacer, et gardez les angles en radians dans la partie III. Une vérification littérale, comme celle du grossissement commercial, vaut souvent mieux qu'un calcul isolé.