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Lunette et instruments d'optique
Sujet Bac Corrigé - Microscope (spécialité) - Bac S Liban 2007 (ancien programme) - Ex 4 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2007
Bac S (ancien programme)
🔬 Éléments optiques d'un microscope : l'exercice de spécialité du bac S 2007 du Liban (4 points, sans calculatrice), avec ses annexes complétées. Sujet officiel et corrigé détaillé gratuits, en PDF.
- Le miroir : foyer d'un miroir sphérique et marche de rayons parallèles inclinés.
- L'objectif : constructions d'images réelle et virtuelle, choix de la situation du microscope, relation de conjugaison.
- L'oculaire : image à l'infini, construction des rayons émergents et grossissement.
Toutes les figures sont tracées, avec les pièges classiques de l'optique géométrique et les méthodes de construction.
✅ Correction
🫣
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Le microscope, un classique de l'optique géométrique
Cet exercice de spécialité du bac S 2007 du Liban, noté sur 4 points, remplace l'exercice 3 pour les candidats de spécialité. Il décompose un microscope en trois éléments : le miroir d'éclairage, l'objectif et l'oculaire. L'essentiel des points se gagne sur les constructions graphiques des annexes, qu'il faut rendre soignées et justifiées.
Partie I : le miroir sphérique
Le foyer principal d'un miroir sphérique se trouve au milieu du segment qui joint le centre C au sommet S. Pour la marche des rayons, la source est à l'infini mais les rayons incidents sont inclinés par rapport à l'axe : ils ne convergent donc pas au foyer F, mais en un point B du plan focal. On le trouve grâce au rayon qui passe par le centre, réfléchi sur lui-même. Faire converger les rayons au foyer est le piège principal de cette partie.
Partie II : l'objectif
Deux constructions d'images
Dans les deux figures, on trace le rayon parallèle à l'axe, qui émerge en passant par le foyer image, et le rayon qui passe par le centre optique sans être dévié. Lorsque l'objet est avant le foyer objet, l'image est réelle, renversée et agrandie ; lorsqu'il est entre le foyer et la lentille, l'image est virtuelle et droite, et les prolongements se tracent en pointillés. Le microscope correspond à la première situation, puisque l'objectif doit donner une image intermédiaire renversée et très agrandie.
Relation de conjugaison
Avec un objet à 5,0 cm avant l'objectif et une image nette à 15,0 cm après, la relation de conjugaison donne une distance focale de 3,75 cm, arrondie à 3,8 cm. Le piège est d'oublier le signe négatif de la position de l'objet, ce qui donnerait une distance focale négative, impossible pour une lentille convergente. Le corrigé vérifie aussi que l'objet se trouve bien entre une et deux distances focales.
Partie III : l'oculaire
Pour que l'image définitive soit à l'infini, l'image intermédiaire doit se trouver dans le plan focal objet de l'oculaire. Sur la figure, les rayons issus de B1 émergent tous parallèles entre eux : chercher à les faire se couper est une erreur. Enfin, l'expression du grossissement s'établit avec les petits angles : G2 = d/f'2, d'où une distance focale de 2,5 cm pour un oculaire marqué x10. Ne confondez pas grossissement, rapport d'angles, et grandissement, rapport de tailles.
Ce qu'il faut retenir
Le microscope associe deux lentilles convergentes : l'objectif, de courte distance focale, donne une image intermédiaire réelle et agrandie, que l'oculaire observe comme une loupe. Ce fonctionnement, avec une image finale à l'infini observée sans fatigue, est très proche de celui de la lunette astronomique, qui reste étudiée en spécialité. Les constructions de rayons et la relation de conjugaison de cet exercice se réutilisent donc directement.
Nos conseils
Utilisez une règle, tracez au moins deux rayons particuliers par point image et distinguez clairement les traits pleins des pointillés. Les grandeurs algébriques demandent d'orienter l'axe dans le sens de la lumière avant tout calcul.