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Lunette et instruments d'optique
Sujet Bac Corrigé - Microscope et lentilles - Bac S Amérique du Nord 2010 (ancien programme) - Ex 4 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2010
Bac S (ancien programme)
🔬 Cet exercice de spécialité de 4 points du bac S 2010 en Amérique du Nord étudie le microscope, d'abord sur une maquette, puis pour observer un globule rouge. Le sujet officiel et son corrigé détaillé sont gratuits, en PDF.
- Maquette : construction de l'image intermédiaire, image définitive à l'infini.
- Microscope réel : relation de conjugaison, position de l'objet, mise au point à la vis micrométrique.
- Grossissement : angles θ et θ', calcul de G.
- Cercle oculaire : construction et position idéale de l'œil.
Chaque réponse est rédigée comme sur une copie, avec les pièges et les méthodes en marge.
✅ Correction
🫣
Correction Masquée
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Observation d'objets de petites dimensions : le microscope en spécialité
Cet exercice de spécialité de 4 points, à traiter en 52 minutes environ, couvre tout le chapitre sur le microscope. Une maquette à deux lentilles convergentes sert d'abord à construire les images ; le microscope réel permet ensuite de calculer des positions, un angle et le grossissement, avant la construction du cercle oculaire. Les tracés comptent autant que les calculs.
Partie 1 : la maquette de microscope
En 1.1, trois rayons issus de B suffisent : celui qui passe par O1, celui qui arrive parallèlement à l'axe et celui qui passe par le foyer objet F1. L'image A1B1 est réelle, renversée, quatre fois plus grande que l'objet, et A1 tombe en F2. Le calcul par la relation de conjugaison, qui donne O1A1 = 10 cm, permet de contrôler le tracé.
La question 1.2.1 est décisive : A1B1 se trouve dans le plan focal objet de l'oculaire, donc l'image définitive se forme à l'infini. Le tracé de 1.2.2 le confirme : les rayons issus de B1 ressortent de l'oculaire parallèles entre eux. En 1.3, l'intérêt pour l'observateur est une observation sans accommodation, donc sans fatigue, et l'avantage du microscope est d'agrandir l'angle sous lequel on voit l'objet.
Partie 2 : le microscope réel et le globule rouge
Pour une image finale à l'infini, A1 est en F2, et la relation de Chasles donne O1A1 = f'1 + Δ = 170 mm (2.1.1). La relation de conjugaison conduit ensuite à O1A ≈ -10,6 mm (2.1.2) : l'objet est juste avant le foyer objet F1. Le signe négatif est attendu, puisque l'objet est avant la lentille.
La question 2.2.1 compare deux réglages : F1A vaut -0,63 mm sans accommodation et -0,59 mm avec accommodation, soit un écart de 0,04 mm, ou 40 µm. Cet écart minuscule justifie la vis micrométrique de la question 2.2.2 : la crémaillère sert au réglage rapide, la vis au réglage fin.
Pour le grossissement, on calcule d'abord l'angle sous lequel le globule de 8,0 µm est vu à l'œil nu, à 25 cm : θ = 3,2 × 10-5 rad (2.3.1). L'angle θ' se lit dans le triangle O2A1B1 : θ' = A1B1/f'2, avec une image intermédiaire de 1,28 × 10-4 m, d'où θ' ≈ 2,6 × 10-3 rad (2.3.2). Le grossissement vaut G = 80 (2.3.3), ce que confirme la formule Δ × dm/(f'1 × f'2). Le piège est d'exprimer les longueurs dans des unités différentes.
Le cercle oculaire
Le cercle oculaire est l'image de la monture de l'objectif donnée par l'oculaire (2.4.1). On le construit avec le rayon qui passe par O2 et celui qui passe par F2, et le calcul le place à 5,6 cm après O2 sur la maquette, soit 1,6 cm derrière F'2. C'est là que le faisceau émergent est le plus resserré : en y plaçant sa pupille, l'œil reçoit le maximum de lumière (2.4.2).
Conseils
Respecter l'échelle de l'annexe, utiliser les grandeurs algébriques avec leur signe et contrôler chaque tracé par un calcul.