Exercices - physisque sur le microscope classique et microscope confocal - correction, Exercices de Physique
Eleonore_sa
Eleonore_sa28 April 2014

Exercices - physisque sur le microscope classique et microscope confocal - correction, Exercices de Physique

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Exercices de physisque sur le microscope classique et microscope confocal - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Étude d'un microscope optique classique, Étude du microscope confocal.
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Exo 3 spécialité Microscope classique et microscope confocal

09/2006 Métropole CORRECTION Calculatrice interdite

EXERCICE III. MICROSCOPE CLASSIQUE ET MICROSCOPE CONFOCAL (4 points)

1. Étude d'un microscope optique classique 1.1.Position de l'image intermédiaire A1B1 1.1.1. (0,5 pt) Construction de l'image intermédiaire A1B1 : voir figure 1.

1.1.2. (0,25 pt) Formule de conjugaison des lentilles minces (relation de Descartes) :

1 1

1

O A

1

1

O A =

' 1

1

f =

' 1 1

1

O F , elle permet d'accéder à

1 1 O A , l'image A1B1 étant située dans le plan parallèle

au plan de la lentille L1 passant par A1.

1.2.Observation de l'objet à travers le microscope 1.2.1. (0,25) L'image intermédiaire A1B1 joue le rôle d'un objet pour l'oculaire L2.

1.2.2. (0,25) Pour que l'image définitive A'B' donnée par le microscope soit située à l'infini, il faut que

l'image intermédiaire A1B1 soit située dans le plan focal objet de l'oculaire L2. Soit A1 confondu avec F2.

Justification non nécessaire : Formule de conjugaison des lentilles minces

' ' 2 12 2 2

1 1 1

O AO A O F  

O2A' tend vers l'infini, donc '

2

1

O A tend vers zéro

il vient '

2 1 2 2

1 1

O A O F   , soit –

2 1 O A = '

2 2 O F donc

2 1 O A =

2 2 O F .

1.2.3. (0,25) Sur la figure 1 en annexe, on place F2 confondu avec A1. Et F'2 est le point symétrique de F2

par rapport à O2.

1.3.Calcul du grandissement

1.3.1. (0,25) grandissement 1 = 1 1

1

O A

O A = 1 1

A B

AB

1.3.2. (0,5) Dans le triangle rectangle O1KF'1 : tan  = 1 '

1 1

O K

O F =

' 1

AB

f

Dans le triangle rectangle A1B1F'1 : tan  = 1 1 '

1 2

A B

F F = 1 1

A B

Soit '

1

AB

f = 1 1

A B

1 1 A B

AB =

' 1

f

 résultat sans considération algébrique.

Sens de propagation de la lumière

B

A

O2

L1

Figure 1

L2

O1

F1 F'1

A1

B1

F2 F'2

K

 = 1 2 'F F > 0 et f '1 > 0 tandis que

1 1 A B < 0 et AB > 0, nous devons rajouter un signe – dans la relation

précédente afin de respecter les considérations algébriques.

1 1 A B

AB = –

' 1

f

OU2ème méthode plus rapide : les triangles O1KF'1 et A1B1F'1 sont semblables soit '

11

' 11

1

11

FO

FA

KO

BA

Avec { ABKO 1 ; '1'11 fFO  ; '11FA ⇒ ' 1

11

fBA

BA  

enfin 3ème méthode : la plus rigoureuse

D’après la formule de Descartes du 1.1.2.

1

1

O A =

1 1

1

O A

' 1

1

f ou

1

1

O A = 1 1 1

1 1 1

'

'

f O A

f O A

1 = 1 1

1

O A

O A =

1

1

O A .

1 1 O A = 1 1 1

1 1 1

'

'

f O A

f O A

 . 1 1O A =

1 1 1

1

'

'

f O A

f

 = 1 1 1 11

1

' ( ' ' )

'

f O F F A

f

  = 1 1 1 21

1

' ( ' ' )

'

f O F F F

f

 

1 = 1 1

1 1

' ( ' )

' '

f f

f f

   

1.3.3. 1 = – '

1 f

soit 1 = – 180

4,5 = – 40 donc l'inscription portée sur l'objectif est égale à la valeur absolue du

grandissement de l'objectif.

2. Étude du microscope confocal 2.1.1. (0,25) Construction point image B1, et du faisceau issu de B. Voir figure 2.

Sens de propagation de la lumière

B

A

L1

O1

F1 F'1

 = 180 mm

Diaphragme

Capteur CCD

Figure 2

A1

B1

(1) rayon issu de B parallèle à l'axe

optique, émerge en passant par F'1

(2) rayon issu de B passant par O1 sans

être dévié.

On place le point B1 à l'intersection de

(1) et (2).

Pour le faisceau lumineux issu de B :

tous les rayons issus de B convergent au

point B1.

On trace deux rayons incidents venant

frapper les extrémités supérieure et

inférieure de L1. Ils émergent en se

dirigeant vers B1.

(1)

(2)

2.1.2. (0,25) Construction point image D1, et du faisceau issu de D. Voir figure 3.

2.1.3. (0,25) Les limites du faisceau issu de A (figure 2) montrent que toute la lumière issue de A pénètre à

l'intérieur du diaphragme et est détectée par le capteur CCD.

Le faisceau issu de B converge bien dans le plan du capteur mais en dehors de l'ouverture diaphragmée. Le

capteur ne reçoit aucune lumière issue de B.

Quant au point D, son image ne se forme pas dans le plan du capteur, et le faisceau lumineux ne passe pas

par le diaphragme.

En conséquence le capteur ne prend en compte que la lumière issue de A et des points très proches

de A.

2.2. (0,5 : 0,25 pour la direction et 0,25 pour le positionnement)

L'image B1 de B se trouve en dessous de l'ouverture (voir figure 2), donc il faut la remonter ; pour cela

l'objet AB doit rester dans le plan initial mais doit descendre selon yy' pour que B soit sur l'axe optique.

2.3. (0,25) Pour acquérir l'image du point D de la cellule biologique, il faut que le point D occupe la

position du point A de la figure 1, c'est à dire un déplacement selon yy' vers le bas et un déplacement selon

zz' vers la droite.

D1 Figure 3

Sens de propagation de la lumière

A

L1

O1

F1 F'1

 = 180 mm

Diaphragme Capteur CCD

A1 . D

Sens de propagation de la lumière

Plan de l'objet AB

L1

O1

F1 F'1

 = 180 mm

Diaphragme

Capteur CCD

Figure 4

B1 B A

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