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Physique-Chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ

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Vision et image : lentille mince convergente et œil

Lentille mince convergente, foyers et distance focale ; rayons particuliers et construction de l’image réelle d’un objet plan ; position et nature de l’image ; grandissement par le théorème de Thalès ; modèle de l’œil réduit, accommodation et appareil photo.

À propos de cette page
Un QCM sur les lentilles et l’œil en trois niveaux de douze questions : les repères (foyers, symbole, rayons particuliers, éléments du modèle de l’œil), les applications (grandissement, position de l’image, taille sur la rétine), puis les raisonnements (objet en F, signe de γ, mise au point, accommodation). Chaque réponse est expliquée.

Les 36 questions du QCM en version texte

Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.

Niveau facile ★ — 12 questions

  1. Le centre optique O d’une lentille mince convergente est :

    • A. le point où convergent les rayons parallèles à l’axe
    • B. le point de l’axe optique situé au centre de la lentille
    • C. le point où se forme l’image nette de tout objet
    • D. le point situé entre le foyer objet et l’objet
    Réponse

    B. le point de l’axe optique situé au centre de la lentille — O est le centre de la lentille, sur l’axe optique. Le point de convergence des rayons parallèles à l’axe est le foyer image F′.

  2. Un rayon lumineux qui passe par le centre optique d’une lentille mince :

    • A. est dévié en direction du foyer image
    • B. ressort parallèlement à l’axe optique
    • C. est dévié en direction du foyer objet
    • D. traverse la lentille sans être dévié
    Réponse

    D. traverse la lentille sans être dévié — C’est l’une des trois propriétés des rayons particuliers : un rayon passant par O n’est pas dévié.

  3. Un rayon incident parallèle à l’axe optique émerge de la lentille :

    • A. en passant par le foyer image F′
    • B. en passant par le foyer objet F
    • C. parallèlement à l’axe optique
    • D. en passant par le centre optique O
    Réponse

    A. en passant par le foyer image F′ — Par définition du foyer image, les rayons arrivant parallèlement à l’axe convergent en F′ après la lentille.

  4. Le foyer objet F d’une lentille de distance focale 4,5 cm est situé :

    • A. à 4,5 cm après la lentille, sur l’axe
    • B. à 9,0 cm avant la lentille, sur l’axe
    • C. à 4,5 cm avant la lentille, sur l’axe
    • D. exactement au centre optique O
    Réponse

    C. à 4,5 cm avant la lentille, sur l’axe — F est le symétrique de F′ par rapport à O : il est sur l’axe, avant la lentille, à la distance f′ = 4,5 cm de O.

  5. Dans le modèle optique de l’œil, la rétine est modélisée par :

    • A. une lentille mince convergente
    • B. un diaphragme d’ouverture variable
    • C. un écran placé à distance fixe
    • D. un miroir plan placé derrière l’œil
    Réponse

    C. un écran placé à distance fixe — La rétine reçoit l’image : c’est l’écran du modèle. Le diaphragme modélise l’iris, la lentille le cristallin.

  6. Une image réelle donnée par une lentille convergente :

    • A. peut être recueillie sur un écran
    • B. ne peut jamais être photographiée
    • C. est toujours plus grande que l’objet
    • D. se forme toujours au foyer image
    Réponse

    A. peut être recueillie sur un écran — Les rayons se croisent effectivement en l’image réelle : on peut la recueillir sur un écran. Sa taille et sa position dépendent de la position de l’objet.

  7. Le grandissement γ d’une lentille est défini par :

    • A. γ = AB ÷ A′B′
    • B. γ = OF′ ÷ OA′
    • C. γ = OA ÷ OA′
    • D. γ = A′B′ ÷ AB
    Réponse

    D. γ = A′B′ ÷ AB — Le grandissement compare la taille de l’image à celle de l’objet : image au numérateur, objet au dénominateur.

  8. Dans le modèle optique de l’œil, le cristallin est modélisé par :

    • A. un écran placé à distance fixe
    • B. une lentille convergente de distance focale variable
    • C. un diaphragme d’ouverture variable
    • D. une lentille convergente de distance focale fixe
    Réponse

    B. une lentille convergente de distance focale variable — Le cristallin se déforme pour accommoder : sa distance focale varie. D’où une lentille convergente de distance focale variable.

  9. Sur un schéma, une lentille mince convergente se représente par un segment terminé par deux pointes de flèche :

    • A. tournées vers l’extérieur
    • B. tournées vers l’intérieur
    • C. tournées toutes deux vers le haut
    • D. tournées vers le foyer image
    Réponse

    A. tournées vers l’extérieur — Convergente : pointes tournées vers l’extérieur. Pointes tournées vers l’intérieur : lentille divergente.

  10. Dans le Système international, la distance focale d’une lentille s’exprime en :

    • A. dioptrie (δ)
    • B. centimètre (cm)
    • C. mètre (m)
    • D. mètre carré (m²)
    Réponse

    C. mètre (m) — f′ est une distance : son unité SI est le mètre. Le centimètre est pratique au banc d’optique, mais ce n’est pas l’unité SI.

  11. Dans le modèle de l’œil réduit, le diaphragme représente :

    • A. la rétine
    • B. l’iris
    • C. le cristallin
    • D. le nerf optique
    Réponse

    B. l’iris — L’iris, dont l’ouverture est la pupille, règle la quantité de lumière qui entre : c’est le diaphragme.

  12. Un objet est vu net lorsque son image se forme :

    • A. sur le cristallin
    • B. devant la rétine
    • C. au foyer objet de l’œil
    • D. sur la rétine
    Réponse

    D. sur la rétine — Vision nette : l’image doit se former exactement sur la rétine, l’écran du modèle.

Niveau moyen ★★ — 12 questions

  1. Un objet de 2,2 cm donne sur un écran une image renversée de 6,6 cm. Le grandissement vaut :

    • A. +3,0
    • B. −0,33
    • C. −3,0
    • D. +0,33
    Réponse

    C. −3,0 — γ = A′B′ ÷ AB = −6,6 ÷ 2,2 = −3,0 : négatif car l’image est renversée, de valeur absolue 3,0 car elle est trois fois plus grande.

  2. Une lentille a une distance focale de 30 cm. Un objet est placé à 90 cm avant elle. Son image est :

    • A. réelle, renversée, plus petite que l’objet
    • B. réelle, droite, plus grande que l’objet
    • C. réelle, renversée, plus grande que l’objet
    • D. inexistante : aucune image réelle ne se forme
    Réponse

    A. réelle, renversée, plus petite que l’objet — 90 cm dépasse 2f′ = 60 cm : l’image est réelle, renversée et réduite, entre F′ et le point situé à 60 cm après la lentille.

  3. Un objet est à 18 cm avant une lentille ; son image nette est sur un écran à 27 cm après. Le grandissement vaut :

    • A. +1,5
    • B. −0,67
    • C. +0,67
    • D. −1,5
    Réponse

    D. −1,5 — γ = OA′ ÷ OA en mesures algébriques = 27 ÷ (−18) = −1,5. Attention à ne pas inverser le quotient.

  4. L’image nette d’une éolienne située à 3 km se forme sur un écran à 26 cm d’une lentille convergente. Sa distance focale vaut environ :

    • A. 13 cm
    • B. 26 cm
    • C. 52 cm
    • D. impossible à déterminer
    Réponse

    B. 26 cm — À 3 km, l’éolienne est très éloignée devant 26 cm : elle se comporte comme un objet à l’infini, son image se forme dans le plan focal image, donc f′ ≈ OF′ = 26 cm.

  5. Lentille de distance focale 6,0 cm, objet placé à 12,0 cm avant elle. L’image se forme :

    • A. à 12,0 cm après, renversée, de même taille
    • B. à 6,0 cm après, renversée, de même taille
    • C. à 12,0 cm après, deux fois plus grande
    • D. à l’infini, rayons émergents parallèles
    Réponse

    A. à 12,0 cm après, renversée, de même taille — L’objet est à 2f′ : l’image est à 2f′ = 12,0 cm après la lentille, renversée, de même taille (γ = −1).

  6. Un arbre de 7,2 m est observé à 90 m. La rétine du modèle d’œil est à 16,0 mm du cristallin. La hauteur de l’image sur la rétine est environ :

    • A. 0,13 mm
    • B. 13 mm
    • C. 200 mm
    • D. 1,3 mm
    Réponse

    D. 1,3 mm — Rayon passant par O non dévié et Thalès : A′B′ = AB × OA′ ÷ OA = 7,2 × 16,0 ÷ 90 = 1,28 mm ≈ 1,3 mm (les mètres se simplifient).

  7. Un objet se rapproche d’un œil normal, de 5 m à 40 cm. Pour qu’il reste net :

    • A. la distance cristallin–rétine augmente
    • B. la distance focale du cristallin augmente
    • C. l’image formée sur la rétine devient droite
    • D. la distance focale du cristallin diminue
    Réponse

    D. la distance focale du cristallin diminue — C’est l’accommodation : le cristallin se bombe, devient plus convergent, sa distance focale diminue. La rétine ne se déplace pas.

  8. Sur un écran, on obtient une image avec γ = −0,45 d’un objet de 5,0 cm. L’image mesure :

    • A. 2,3 cm et elle est droite
    • B. 11 cm et elle est renversée
    • C. 2,3 cm et elle est renversée
    • D. 0,45 cm et elle est renversée
    Réponse

    C. 2,3 cm et elle est renversée — A′B′ = γ × AB = −0,45 × 5,0 = −2,25 cm : environ 2,3 cm, renversée car γ est négatif.

  9. Un grandissement γ = −0,25 signifie que l’image est :

    • A. droite et quatre fois plus petite
    • B. renversée et quatre fois plus petite
    • C. renversée et quatre fois plus grande
    • D. renversée et 0,25 fois plus grande
    Réponse

    B. renversée et quatre fois plus petite — γ négatif : renversée ; |γ| = 0,25 = 1 ÷ 4 : quatre fois plus petite que l’objet.

  10. Une lentille a une distance focale de 7,5 cm. La distance entre ses deux foyers F et F′ vaut :

    • A. 7,5 cm
    • B. 3,75 cm
    • C. 15 cm
    • D. 30 cm
    Réponse

    C. 15 cm — F et F′ sont symétriques par rapport à O, chacun à 7,5 cm : FF′ = 2 × 7,5 = 15 cm.

  11. Lentille de distance focale 10 cm ; l’image nette est sur un écran à 25 cm après la lentille. Avec les triangles de sommet F′, |γ| vaut :

    • A. 1,5
    • B. 2,5
    • C. 0,4
    • D. 0,6
    Réponse

    A. 1,5 — F′A′ = 25 − 10 = 15 cm et |γ| = F′A′ ÷ OF′ = 15 ÷ 10 = 1,5.

  12. Un objet est à 30 cm avant une lentille ; son image nette se forme à 60 cm après. La distance focale vaut :

    • A. 30 cm
    • B. 20 cm
    • C. 15 cm
    • D. 45 cm
    Réponse

    B. 20 cm — |γ| = 60 ÷ 30 = 2, et OA′ = (1 + |γ|) × f′ = 3 × f′ : f′ = 60 ÷ 3 = 20 cm.

Niveau difficile ★★★ — 12 questions

  1. Un objet est placé entre le foyer objet F et le centre optique O d’une lentille convergente. On observe :

    • A. une image réelle très agrandie sur l’écran
    • B. une image réelle nette au foyer image
    • C. une image réelle renversée rejetée à l’infini
    • D. aucune image nette sur l’écran, où qu’il soit
    Réponse

    D. aucune image nette sur l’écran, où qu’il soit — Entre F et O, les rayons émergents divergent : ils ne se croisent pas après la lentille, il n’y a pas d’image réelle (l’image virtuelle est étudiée en 1re).

  2. Un objet est placé exactement dans le plan focal objet d’une lentille convergente. Son image :

    • A. se forme au foyer image F′
    • B. est rejetée à l’infini, rayons émergents parallèles
    • C. se forme au centre optique O
    • D. se forme à deux fois la distance focale
    Réponse

    B. est rejetée à l’infini, rayons émergents parallèles — Piège classique : c’est un objet à l’infini qui a son image en F′. Un objet en F donne des rayons émergents parallèles, donc une image à l’infini.

  3. Un élève trouve γ = +2,7 pour une image obtenue sur un écran avec un objet réel. Ce résultat est :

    • A. possible si l’objet est très proche de F
    • B. possible si la lentille est très convergente
    • C. impossible : une telle image est renversée
    • D. impossible : γ reste compris entre −1 et 1
    Réponse

    C. impossible : une telle image est renversée — Une image réelle d’un objet réel est toujours renversée : γ est négatif. Sa valeur absolue, elle, peut dépasser 1.

  4. On retourne une lentille mince convergente (on échange ses deux faces). Alors :

    • A. f′ est inchangée, F et F′ restent symétriques
    • B. f′ change de signe et la lentille diverge
    • C. f′ est divisée par deux
    • D. la lentille ne forme plus d’image réelle
    Réponse

    A. f′ est inchangée, F et F′ restent symétriques — Pour une lentille mince, les foyers sont symétriques par rapport à O : retourner la lentille ne change ni f′ ni la position des foyers.

  5. Pour un œil normal au repos, l’image d’un objet très éloigné :

    • A. se forme en avant de la rétine
    • B. se forme sur la rétine, où se trouve F′
    • C. se forme en arrière de la rétine
    • D. n’existe que si l’œil accommode
    Réponse

    B. se forme sur la rétine, où se trouve F′ — Œil normal au repos : son foyer image est sur la rétine, il voit net à l’infini sans accommoder (punctum remotum à l’infini).

  6. Un objet placé à 4 cm de l’œil est vu flou. La cause est que :

    • A. le cristallin ne peut pas avancer vers l’objet
    • B. l’objet se trouve entre F et O du cristallin
    • C. la distance focale du cristallin ne diminue pas assez
    • D. la rétine se déplace trop lentement
    Réponse

    C. la distance focale du cristallin ne diminue pas assez — 4 cm reste au-delà du foyer objet du cristallin (moins de 2 cm), mais l’objet est plus proche que le punctum proximum : l’accommodation a atteint sa limite, l’image se forme derrière la rétine.

  7. On cache la moitié supérieure d’une lentille qui donne une image nette sur un écran. L’image :

    • A. reste entière mais devient moins lumineuse
    • B. perd sa moitié supérieure
    • C. perd sa moitié inférieure
    • D. devient droite au lieu de renversée
    Réponse

    A. reste entière mais devient moins lumineuse — Chaque point de l’image reçoit des rayons passant par toute la lentille : cacher une moitié retire de la lumière à tous les points, sans supprimer de partie de l’image.

  8. Objet de 1,4 cm à 20 cm avant une lentille, image nette à 30 cm après. Un élève calcule A′B′ = AB × OA ÷ OA′. La bonne réponse est :

    • A. 0,93 cm, renversée
    • B. 2,1 cm, droite
    • C. 2,8 cm, renversée
    • D. 2,1 cm, renversée
    Réponse

    D. 2,1 cm, renversée — La relation correcte est |γ| = OA′ ÷ OA = 30 ÷ 20 = 1,5, donc A′B′ = 1,5 × 1,4 = 2,1 cm, renversée. L’élève a inversé le quotient (0,93 cm).

  9. Un objet, d’abord à 3f′ d’une lentille, est éloigné jusqu’à 10f′. Son image :

    • A. s’éloigne de F′ et grandit
    • B. reste à 2f′ et rétrécit
    • C. se rapproche de F′ et rétrécit
    • D. se rapproche de O et devient droite
    Réponse

    C. se rapproche de F′ et rétrécit — Plus l’objet s’éloigne, plus l’image se rapproche de F′ (sans l’atteindre) et plus elle est petite.

  10. Un appareil photo, réglé sur un paysage lointain, doit faire la mise au point sur une fleur proche. On doit :

    • A. rapprocher l’objectif du capteur
    • B. diminuer la distance focale de l’objectif
    • C. laisser l’objectif à sa place
    • D. éloigner l’objectif du capteur
    Réponse

    D. éloigner l’objectif du capteur — L’image d’un objet proche se forme plus loin que F′ : l’appareil, dont la distance focale est fixe, éloigne l’objectif du capteur.

  11. La même montagne lointaine est photographiée avec deux objectifs de distances focales 50 mm et 200 mm. Avec 200 mm, son image est :

    • A. quatre fois plus grande
    • B. quatre fois plus petite
    • C. de même taille
    • D. seize fois plus grande
    Réponse

    A. quatre fois plus grande — Objet très éloigné : A′B′ ≈ AB × f′ ÷ OA, proportionnelle à f′. 200 ÷ 50 = 4 : image quatre fois plus grande.

  12. Une lentille donne une image nette d’un objet sur un écran. On la remplace par une lentille plus convergente, sans bouger l’objet. Pour retrouver une image nette, on doit :

    • A. éloigner l’écran de la lentille
    • B. rapprocher l’écran de la lentille
    • C. laisser l’écran à la même place
    • D. placer l’écran avant la lentille
    Réponse

    B. rapprocher l’écran de la lentille — À objet fixé, une lentille plus convergente forme l’image plus près d’elle : on rapproche l’écran.

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