Ressources · Terminale · Spécialité Physique-Chimie
Lunette astronomique
Diamètre apparent et pouvoir séparateur de l’œil ; image intermédiaire donnée par l’objectif ; modèle de la lunette afocale à deux lentilles minces convergentes, objectif et oculaire, marche d’un faisceau issu d’un point à l’infini ; grossissement G = f′₁/f′₂ établi et exploité ; données d’une lunette commerciale et maquette.
À propos de cette page
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
Une lunette astronomique est afocale lorsque…
- A. le foyer objet de l’objectif est confondu avec le foyer image de l’oculaire
- B. le foyer image de l’objectif est confondu avec le foyer objet de l’oculaire
- C. les centres optiques de l’objectif et de l’oculaire sont confondus
- D. l’objectif et l’oculaire ont exactement la même distance focale
Réponse
B. le foyer image de l’objectif est confondu avec le foyer objet de l’oculaire — Condition F′₁ = F₂ : l’image intermédiaire d’un objet à l’infini est dans le plan focal objet de l’oculaire, l’image finale est donc à l’infini.
Dans une lunette astronomique, l’objectif est…
- A. la lentille de plus courte distance focale, tournée vers l’objet
- B. la lentille de plus grande vergence, placée contre l’œil
- C. la lentille de plus courte distance focale, placée contre l’œil
- D. la lentille de plus grande distance focale, tournée vers l’objet
Réponse
D. la lentille de plus grande distance focale, tournée vers l’objet — L’objectif, tourné vers l’astre, a une grande distance focale, donc une petite vergence ; l’oculaire, contre l’œil, a une petite distance focale.
Le grossissement G d’une lunette est défini par…
- A. G = α′/α, rapport de l’angle de l’image à celui de l’objet
- B. G = α/α′, rapport de l’angle de l’objet à celui de l’image
- C. G = A′B′/AB, rapport de la taille de l’image à celle de l’objet
- D. G = f′₁ × f′₂, produit des deux distances focales
Réponse
A. G = α′/α, rapport de l’angle de l’image à celui de l’objet — G compare l’angle α′ sous lequel on voit l’image finale à l’angle α sous lequel on voit l’objet à l’œil nu.
Le diamètre apparent d’un objet est…
- A. le diamètre réel de l’objet, en mètres
- B. la taille de l’image de l’objet sur la rétine
- C. l’angle sous lequel l’œil voit cet objet
- D. la distance qui sépare l’œil de l’objet
Réponse
C. l’angle sous lequel l’œil voit cet objet — C’est un angle, tel que tan α = AB/d ; il dépend à la fois de la taille de l’objet et de sa distance.
L’image intermédiaire d’un astre, donnée par l’objectif, se forme…
- A. dans le plan focal image de l’oculaire
- B. contre l’objectif, du côté de l’astre
- C. dans le plan focal image de l’objectif
- D. à l’infini, derrière l’oculaire
Réponse
C. dans le plan focal image de l’objectif — L’astre est à l’infini : les rayons issus d’un même point convergent dans le plan focal image de l’objectif.
Dans une lunette afocale, l’image finale d’un astre est…
- A. à l’infini, observable sans accommoder
- B. réelle, au foyer image de l’oculaire
- C. réelle, entre les deux lentilles
- D. virtuelle, devant l’objectif
Réponse
A. à l’infini, observable sans accommoder — L’image réelle entre les lentilles est l’image intermédiaire ; l’image finale, elle, est rejetée à l’infini et l’œil la voit au repos.
Le pouvoir séparateur de l’œil vaut environ…
- A. 3 × 10⁻² rad, deux degrés environ
- B. 3 rad, plus de cent degrés
- C. 3 × 10⁻⁸ rad, quelques millièmes de seconde d’angle
- D. 3 × 10⁻⁴ rad, une minute d’angle
Réponse
D. 3 × 10⁻⁴ rad, une minute d’angle — L’œil distingue deux points s’ils sont vus sous au moins une minute d’angle environ, soit 3 × 10⁻⁴ rad.
Pourquoi ne vise-t-on jamais le Soleil avec une lunette sans filtre spécial ?
- A. le Soleil est trop étendu pour le champ de l’oculaire
- B. l’objectif concentre la lumière et brûle la rétine
- C. la lumière solaire ternit le verre des deux lentilles
- D. l’image du Soleil serait renversée dans l’oculaire
Réponse
B. l’objectif concentre la lumière et brûle la rétine — L’objectif concentre la lumière solaire : la rétine est brûlée en un instant, de façon irréversible. Un filtre spécial se monte devant l’objectif.
L’image d’un astre vue dans une lunette astronomique est, par rapport à l’astre…
- A. renversée, ce qui ne gêne pas pour observer le ciel
- B. droite, car l’oculaire retourne l’image intermédiaire
- C. droite, car l’objectif ne retourne pas l’image
- D. droite et décalée sur le côté de l’axe optique
Réponse
A. renversée, ce qui ne gêne pas pour observer le ciel — L’objectif donne une image intermédiaire renversée et l’oculaire ne la retourne pas : l’image finale est renversée.
Sur une lunette « 70/900 », le nombre 70 désigne…
- A. la distance focale de l’objectif, en millimètres
- B. le grossissement maximal de la lunette
- C. le diamètre de l’objectif, en millimètres
- D. la distance focale de l’oculaire, en millimètres
Réponse
C. le diamètre de l’objectif, en millimètres — Notation « D/f » : diamètre de l’objectif puis distance focale de l’objectif, en mm.
Une lentille de Barlow « × 2 » placée avant l’oculaire…
- A. divise le grossissement par deux
- B. double le grossissement de la lunette
- C. double le diamètre utile de l’objectif
- D. laisse le grossissement inchangé
Réponse
B. double le grossissement de la lunette — Elle double la distance focale effective de l’objectif, donc G = f′₁/f′₂ double.
Un faisceau de rayons parallèles entre dans une lunette afocale. Il en ressort…
- A. en faisceau qui converge derrière l’oculaire
- B. en faisceau qui diverge à partir de O₂
- C. réduit à un seul rayon, le long de l’axe
- D. en faisceau de rayons parallèles entre eux
Réponse
D. en faisceau de rayons parallèles entre eux — C’est le sens du mot afocal : un faisceau parallèle donne un faisceau parallèle, d’inclinaison différente.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Une lunette afocale a un objectif de 75 cm et un oculaire de 3,0 cm de distance focale. Son grossissement vaut…
- A. 225
- B. 0,040
- C. 25
- D. 78
Réponse
C. 25 — G = f′₁/f′₂ = 75/3,0 = 25. 78 cm serait la longueur de la lunette, pas son grossissement.
Objectif de 1,50 m, oculaire de 12 mm. La longueur O₁O₂ de la lunette afocale vaut…
- A. 1,512 m
- B. 1,488 m
- C. 1,50 m
- D. 1,62 m
Réponse
A. 1,512 m — O₁O₂ = f′₁ + f′₂ = 1,50 + 0,012 = 1,512 m (F′₁ = F₂).
Une lunette de grossissement 60 vise un objet vu à l’œil nu sous 5,0 × 10⁻⁴ rad. L’image est vue sous…
- A. 8,3 × 10⁻⁶ rad
- B. 1,2 × 10⁵ rad
- C. 3,0 × 10⁻³ rad
- D. 3,0 × 10⁻² rad
Réponse
D. 3,0 × 10⁻² rad — α′ = G × α = 60 × 5,0 × 10⁻⁴ = 3,0 × 10⁻² rad.
Un mât de 15 m est vu à 3,0 km. Son diamètre apparent vaut environ…
- A. 5,0 × 10⁻⁶ rad
- B. 5,0 × 10⁻³ rad
- C. 0,20 rad
- D. 2,0 × 10² rad
Réponse
B. 5,0 × 10⁻³ rad — On divise 15 m par 3 000 m : α ≈ 5,0 × 10⁻³ rad, les deux longueurs en mètres.
Un angle de 2,0′ vaut environ…
- A. 3,5 × 10⁻² rad
- B. 1,2 × 10² rad
- C. 9,7 × 10⁻⁶ rad
- D. 5,8 × 10⁻⁴ rad
Réponse
D. 5,8 × 10⁻⁴ rad — 2,0′ = 2,0/60 degré, soit 2,0/60 × π/180 ≈ 5,8 × 10⁻⁴ rad. 3,5 × 10⁻² rad correspond à 2,0°, 9,7 × 10⁻⁶ rad à 2,0″.
Un objectif de 800 mm vise un astre vu sous 3,0 × 10⁻³ rad. L’image intermédiaire mesure environ…
- A. 0,27 mm
- B. 2,4 mm
- C. 24 mm
- D. 3,8 × 10⁻⁶ mm
Réponse
B. 2,4 mm — A₁B₁ ≈ f′₁ × α = 800 × 3,0 × 10⁻³ = 2,4 mm.
Pour obtenir G = 50 avec un objectif de 1,60 m, l’oculaire doit avoir une distance focale de…
- A. 32 mm
- B. 80 mm
- C. 3,2 mm
- D. 20 mm
Réponse
A. 32 mm — f′₂ = f′₁/G = 1 600/50 = 32 mm.
Deux lentilles de vergences +2,5 δ et +50 δ forment une lunette afocale. Sa longueur vaut…
- A. 38 cm
- B. 52,5 cm
- C. 42 cm
- D. 20 cm
Réponse
C. 42 cm — f′ = 1/C : 40 cm et 2,0 cm ; O₁O₂ = 40 + 2,0 = 42 cm. 38 cm serait la différence ; 20 est le grossissement.
Lunette « 120/1 000 » et oculaire de 25 mm. La pupille de sortie a un diamètre de…
- A. 0,21 mm
- B. 3,0 mm
- C. 40 mm
- D. 4,8 mm
Réponse
B. 3,0 mm — G = 1 000/25 = 40, puis d = D/G = 120/40 = 3,0 mm.
Le grossissement maximal utile d’une lunette « 75/900 » vaut environ…
- A. 75
- B. 900
- C. 12
- D. 150
Réponse
D. 150 — Règle empirique : environ 2D, D en mm, soit 150. 12 est le rapport d’ouverture f′₁/D.
Un oculaire de champ apparent 60° donne un grossissement de 120. Le champ réel vaut environ…
- A. 7 200°
- B. 2,0°
- C. 0,50°
- D. 60°
Réponse
C. 0,50° — Champ réel ≈ champ apparent / G = 60/120 = 0,50°.
Un objectif de 600 mm donne d’une tour lointaine une image intermédiaire de 5,4 mm. La tour est vue sous…
- A. 9,0 × 10⁻³ rad
- B. 1,1 × 10² rad
- C. 3,2 rad
- D. 9,0 × 10⁻⁶ rad
Réponse
A. 9,0 × 10⁻³ rad — On divise A₁B₁ par f′₁, 5,4 mm par 600 mm : α ≈ 9,0 × 10⁻³ rad.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
À oculaire inchangé, on remplace l’objectif par un objectif de distance focale deux fois plus grande. Le grossissement…
- A. est multiplié par deux
- B. est divisé par deux
- C. ne change pas
- D. est multiplié par quatre
Réponse
A. est multiplié par deux — G = f′₁/f′₂ est proportionnel à f′₁ : il double (la lunette devient aussi plus longue).
Pourquoi caractérise-t-on une lunette afocale par un grossissement plutôt que par un grandissement ?
- A. parce que la lunette ne forme aucune image de l’objet
- B. parce que son grandissement vaut toujours exactement 1
- C. objet et image sont à l’infini : seuls les angles ont un sens
- D. parce que son oculaire est une lentille divergente
Réponse
C. objet et image sont à l’infini : seuls les angles ont un sens — Objet et image finale étant à l’infini, leurs tailles ne sont pas définies ; on compare les diamètres apparents α′ et α.
Les rayons qui sortent de l’oculaire, issus d’un point B hors de l’axe, sont parallèles…
- A. à l’axe optique de la lunette
- B. à la droite qui joint B₁ au centre de l’oculaire
- C. aux rayons incidents, du même côté de l’axe
- D. à la droite qui joint B₁ au centre de l’objectif
Réponse
B. à la droite qui joint B₁ au centre de l’oculaire — B₁ est dans le plan focal objet de l’oculaire : les rayons ressortent parallèles au rayon non dévié (B₁O₂).
On remplace l’oculaire de 20 mm par un oculaire de 10 mm. La pupille de sortie…
- A. double
- B. ne change pas
- C. est divisée par quatre
- D. est divisée par deux
Réponse
D. est divisée par deux — G double, donc d = D/G est divisé par deux : l’image est moins lumineuse.
Un élève place un oculaire de 2,0 cm à 48 cm d’un objectif de 50 cm. Pour un réglage afocal, il doit…
- A. le rapprocher de 2,0 cm
- B. l’éloigner de 4,0 cm
- C. ne rien changer
- D. l’éloigner de 2,0 cm
Réponse
B. l’éloigner de 4,0 cm — Il faut O₁O₂ = 50 + 2,0 = 52 cm : il manque 4,0 cm. 48 cm est la différence des distances focales.
Un détail est vu à l’œil nu sous 1,0 × 10⁻⁴ rad ; ε = 3 × 10⁻⁴ rad. Il devient discernable à partir d’un grossissement de…
- A. 30
- B. 0,33
- C. 300
- D. 3
Réponse
D. 3 — Il faut G × 1,0 × 10⁻⁴ au moins égal à 3 × 10⁻⁴, soit : modèle optique d’une lunette astronomique avec objectif et oculaire convergents ; grossissement ; schéma d’une lunette afocale modélisée par deux lentilles minces convergentes, identification de l’objectif et de l’oculaire ; faisceau émergent issu d’un point objet situé à l’infini et traversant une lunette afocale ; expression du grossissement d’une lunette afocale ; données caractéristiques d’une lunette commerciale ; maquette de lunette, détermination du grossissement, position de l’image intermédiaire visualisée sur un écran.
Un vendeur annonce « grossissement 525 » pour une lunette « 40/400 ». Qu’en penser ?
- A. il est normal pour une lunette de 400 mm
- B. il est impossible : G ne dépasse jamais 50
- C. il dépasse de loin le maximum utile, environ 80
- D. il prouve la qualité de l’objectif
Réponse
C. il dépasse de loin le maximum utile, environ 80 — Le grossissement maximal utile vaut environ 2D = 80 : au-delà, l’image grandit mais devient floue.
Pourquoi l’image vue dans une lunette astronomique est-elle renversée ?
- A. l’image intermédiaire est renversée et l’oculaire ne la retourne pas
- B. l’oculaire retourne une image intermédiaire qui était droite
- C. les rayons se croisent dans l’œil au lieu de la lunette
- D. l’objectif est placé trop loin de l’oculaire
Réponse
A. l’image intermédiaire est renversée et l’oculaire ne la retourne pas — Le rayon issu de B passant par O₁ coupe le plan focal de l’autre côté de l’axe ; l’oculaire, qui joue le rôle de loupe, garde ce sens.
Deux lunettes de même grossissement ont des objectifs de 60 mm et de 120 mm de diamètre. La plus grande collecte…
- A. deux fois plus de lumière
- B. autant de lumière
- C. huit fois plus de lumière
- D. quatre fois plus de lumière
Réponse
D. quatre fois plus de lumière — La lumière collectée est proportionnelle à l’aire, donc au carré du diamètre : (120/60)² = 4.
On inverse l’objectif (80 cm) et l’oculaire (2,0 cm) d’une lunette. Le grossissement devient…
- A. 0,025
- B. 0,250
- C. 40,0
- D. 160
Réponse
A. 0,025 — G = 2,0/80 = 0,025 : les objets paraissent 40 fois plus petits.
Une lunette afocale donne G = 25 avec un oculaire de 4,0 cm. Sa longueur vaut…
- A. 96 cm
- B. 104 cm
- C. 100 cm
- D. 29 cm
Réponse
B. 104 cm — f′₁ = G × f′₂ = 100 cm, puis O₁O₂ = 100 + 4,0 = 104 cm.
Un objet est vu sous un angle de 0,6 rad. Pourquoi ne pas calculer α par AB/d ?
- A. l’angle n’est pas exprimé en radians
- B. AB et d ne sont pas dans la même unité
- C. l’approximation des petits angles n’est plus valable
- D. cette formule ne vaut que pour les astres
Réponse
C. l’approximation des petits angles n’est plus valable — À 0,6 rad, tan α s’écarte nettement de α (de plus de 10 %) : il faut tan α = AB/d.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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