Lycée · Terminale · Spécialité Physique-Chimie
Optique géométrique : lentilles et instruments
Modélisation des lentilles minces, relations de conjugaison et instruments d'optique (programme de Terminale, thème Ondes et signaux)
À propos de cette page
Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !
Les 37 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
Quelle est la vergence d'une lentille de distance focale $f' = 0{,}5\,\text{m}$ ?
- A. $+0{,}5\,\delta$
- B. $+2\,\delta$
- C. $-2\,\delta$
- D. $+5\,\delta$
Réponse
B. $+2\,\delta$ — $V = 1/f' = 1/0{,}5 = 2\,\delta$.
Le foyer image $F'$ d'une lentille divergente est :
- A. Réel, du côté de l'image
- B. Virtuel, du côté de l'objet
- C. Réel, du côté de l'objet
- D. Virtuel, du côté de l'image
Réponse
B. Virtuel, du côté de l'objet — Pour une lentille divergente, $f' < 0$, donc $F'$ est virtuel et situé du côté de l'objet (à gauche dans le schéma habituel).
Un rayon lumineux passe par le centre optique $O$ d'une lentille. Que se passe-t-il ?
- A. Il est réfléchi
- B. Il est absorbé
- C. Il passe sans déviation
- D. Il converge vers $F'$
Réponse
C. Il passe sans déviation — Le centre optique est le seul point par lequel un rayon passe sans être dévié.
Pour une lentille convergente, la relation de conjugaison est :
- A. $\frac{1}{OA} - \frac{1}{OA'} = \frac{1}{f'}$
- B. $\frac{1}{OA'} - \frac{1}{OA} = \frac{1}{f'}$
- C. $OA' \times OA = f'^2$
- D. $\frac{1}{OA'} + \frac{1}{OA} = \frac{1}{f'}$
Réponse
B. $\frac{1}{OA'} - \frac{1}{OA} = \frac{1}{f'}$ — La relation algébrique est $\frac{1}{\overline{OA'}} - \frac{1}{\overline{OA}} = \frac{1}{f'}$.
Une lentille convergente a $f' > 0$. Son foyer objet $F$ se situe :
- A. Du côté de l'image
- B. À l'infini
- C. Du côté de l'objet (à gauche)
- D. Au centre optique
Réponse
C. Du côté de l'objet (à gauche) — $\overline{OF} = -f' < 0$, donc $F$ est à gauche de la lentille, du côté de l'objet.
Quel est le symbole conventionnel d'une lentille convergente ?
- A. Double flèche vers l'intérieur
- B. Double flèche vers l'extérieur
- C. Un cercle barré
- D. Une croix
Réponse
B. Double flèche vers l'extérieur — La lentille convergente est représentée avec des pointes de flèche vers l'extérieur (biconvexe).
Un grandissement $\gamma = +2$ signifie que l'image est :
- A. Renversée et réduite
- B. Droite et agrandie
- C. Renversée et agrandie
- D. Droite et réduite
Réponse
B. Droite et agrandie — $\gamma > 0$ → droite ; $|\gamma| = 2 > 1$ → agrandie.
Comment appelle-t-on le plan perpendiculaire à l'axe passant par $F'$ ?
- A. Plan principal
- B. Plan focal objet
- C. Plan focal image
- D. Plan nodal
Réponse
C. Plan focal image — Le plan focal image passe par $F'$ et est perpendiculaire à l'axe optique.
Quelle est l'unité de la vergence ?
- A. Mètre (m)
- B. Centimètre (cm)
- C. Dioptrie ($\delta$)
- D. Radian (rad)
Réponse
C. Dioptrie ($\delta$) — La vergence se mesure en dioptries ($\delta$), avec $1\,\delta = 1\,\text{m}^{-1}$.
Un objet réel est toujours placé :
- A. À droite de la lentille
- B. À gauche de la lentille (côté incident)
- C. Au foyer image
- D. Au centre optique
Réponse
B. À gauche de la lentille (côté incident) — Par convention, la lumière vient de la gauche, donc un objet réel est à gauche de la lentille ($\overline{OA} < 0$).
La myopie se corrige avec :
- A. Une lentille convergente
- B. Une lentille divergente
- C. Une lentille torique
- D. Une loupe
Réponse
B. Une lentille divergente — La myopie (œil trop convergent) se corrige par une lentille divergente ($V < 0$).
Pour une lentille convergente, un objet à l'infini donne une image :
- A. Virtuelle à l'infini
- B. Réelle au foyer image $F'$
- C. Virtuelle au foyer objet $F$
- D. Réelle au centre optique
Réponse
B. Réelle au foyer image $F'$ — Un faisceau parallèle (objet à l'infini) converge en $F'$, donc l'image est réelle et se forme au foyer image.
Niveau moyen — 12 questions
Lentille convergente $f' = 20\,\text{cm}$, objet à $\overline{OA} = -60\,\text{cm}$. Quelle est la valeur de $\overline{OA'}$ ?
- A. $+30\,\text{cm}$
- B. $+20\,\text{cm}$
- C. $-30\,\text{cm}$
- D. $+60\,\text{cm}$
Réponse
A. $+30\,\text{cm}$ — $\frac{1}{\overline{OA'}} = \frac{1}{20} - \frac{1}{60} = \frac{3-1}{60} = \frac{2}{60}$ → $\overline{OA'} = 30\,\text{cm}$.
Pour $\overline{OA} = -30\,\text{cm}$ et $\overline{OA'} = +30\,\text{cm}$, le grandissement $\gamma$ vaut :
- A. $+1$
- B. $-1$
- C. $+2$
- D. $-2$
Réponse
B. $-1$ — $\gamma = \overline{OA'}/\overline{OA} = 30/(-30) = -1$.
Un objet placé entre $F$ et $O$ d'une lentille convergente donne une image :
- A. Réelle et renversée
- B. Réelle et droite
- C. Virtuelle et renversée
- D. Virtuelle et droite
Réponse
D. Virtuelle et droite — Quand l'objet est entre $F$ et $O$, l'image est virtuelle (de l'autre côté), droite et agrandie.
On associe en contact une lentille $V_1 = +6\,\delta$ et une lentille $V_2 = -2\,\delta$. La vergence équivalente est :
- A. $+4\,\delta$
- B. $+8\,\delta$
- C. $-4\,\delta$
- D. $+3\,\delta$
Réponse
A. $+4\,\delta$ — $V_{eq} = V_1 + V_2 = 6 + (-2) = +4\,\delta$.
Pour une loupe de $f' = 10\,\text{cm}$ et $d_m = 25\,\text{cm}$, le grossissement (image à l'infini) vaut :
- A. $\times 2{,}5$
- B. $\times 5$
- C. $\times 10$
- D. $\times 25$
Réponse
A. $\times 2{,}5$ — $G = d_m/f' = 25/10 = 2{,}5$.
Une lunette afocale a un objectif $f'_1 = 400\,\text{mm}$ et un oculaire $f'_2 = 10\,\text{mm}$. Quelle est la longueur du tube ?
- A. $390\,\text{mm}$
- B. $400\,\text{mm}$
- C. $410\,\text{mm}$
- D. $4000\,\text{mm}$
Réponse
C. $410\,\text{mm}$ — $L = f'_1 + f'_2 = 400 + 10 = 410\,\text{mm}$.
L'hypermétropie est due à :
- A. Un globe oculaire trop long
- B. Un cristallin trop convergent
- C. Un globe oculaire trop court
- D. Un iris trop petit
Réponse
C. Un globe oculaire trop court — L'hypermétropie provient d'un globe oculaire trop court (ou d'un cristallin insuffisamment convergent) : l'image se formerait derrière la rétine.
Dans une lunette astronomique afocale, les foyers $F'_1$ et $F_2$ sont :
- A. Distincts et séparés d'une distance $f'_1 - f'_2$
- B. Confondus
- C. Symétriques par rapport à l'axe
- D. À l'infini
Réponse
B. Confondus — En condition afocale, $F'_1$ (foyer image de l'objectif) et $F_2$ (foyer objet de l'oculaire) sont confondus.
Quel est le signe de $\overline{OA'}$ pour une image virtuelle (lumière venant de la gauche) ?
- A. Positif
- B. Négatif
- C. Nul
- D. Cela dépend de l'objet
Réponse
B. Négatif — Une image virtuelle se forme du même côté que l'objet (à gauche), donc $\overline{OA'} < 0$.
Pour $f' = 10\,\text{cm}$ et $\overline{OA} = -10\,\text{cm}$ (objet en $F$), l'image est :
- A. À l'infini
- B. En $F'$
- C. En $O$
- D. En $2F'$
Réponse
A. À l'infini — Quand l'objet est en $F$, le dénominateur $\frac{1}{f'} + \frac{1}{\overline{OA}} = \frac{1}{10} - \frac{1}{10} = 0$, donc $\overline{OA'} \to \infty$.
Le grandissement $\gamma = \overline{OA'}/\overline{OA}$ est positif quand :
- A. L'objet et l'image sont du même côté de la lentille
- B. $\overline{OA'}$ et $\overline{OA}$ ont le même signe
- C. L'image est agrandie
- D. $|\overline{OA'}| > |\overline{OA}|$
Réponse
B. $\overline{OA'}$ et $\overline{OA}$ ont le même signe — $\gamma > 0$ si $\overline{OA'}$ et $\overline{OA}$ ont le même signe, ce qui correspond à une image droite.
La presbytie est principalement due à :
- A. Une cornée déformée
- B. Un vieillissement du cristallin réduisant l'accommodation
- C. Un globe trop long
- D. Un excès de vergence du cristallin
Réponse
B. Un vieillissement du cristallin réduisant l'accommodation — La presbytie est liée au vieillissement du cristallin, qui perd de son élasticité et donc de sa capacité d'accommodation.
Niveau difficile — 13 questions
Un objet réel est placé à $\overline{OA} = -f'/2$ devant une lentille convergente. L'image est :
- A. Réelle, agrandie
- B. Virtuelle, droite, agrandie
- C. Virtuelle, renversée, réduite
- D. Réelle, renversée, réduite
Réponse
B. Virtuelle, droite, agrandie — L'objet est entre $F$ et $O$ (car $|-f'/2| < f'$). L'image est donc virtuelle, droite et agrandie.
On double la distance focale d'une lentille ($f' \to 2f'$). Comment évolue la vergence ?
- A. Elle double
- B. Elle est divisée par 2
- C. Elle reste constante
- D. Elle devient nulle
Réponse
B. Elle est divisée par 2 — $V = 1/f'$. Si $f'$ double, $V$ est divisé par 2.
Pour obtenir un grandissement $\gamma = -3$ avec une lentille de $f' = 5\,\text{cm}$, où placer l'objet ?
- A. $\overline{OA} = -\frac{20}{3}\,\text{cm}$
- B. $\overline{OA} = -20\,\text{cm}$
- C. $\overline{OA} = -\frac{4}{3}\,\text{cm}$
- D. $\overline{OA} = -10\,\text{cm}$
Réponse
A. $\overline{OA} = -\frac{20}{3}\,\text{cm}$ — $\gamma = -3 = \overline{OA'}/\overline{OA}$ → $\overline{OA'} = -3\overline{OA}$. Relation : $\frac{1}{-3\overline{OA}} - \frac{1}{\overline{OA}} = \frac{1}{5}$ → $\frac{-1-3}{3\overline{OA}} = \frac{1}{5}$ → $\overline{OA} = -\frac{20}{3}\,\text{cm}$.
En optique géométrique, la relation de conjugaison est valide si :
- A. Les rayons sont quelconques
- B. L'approximation des rayons paraxiaux est satisfaite
- C. L'objet est à l'infini
- D. La lentille est divergente
Réponse
B. L'approximation des rayons paraxiaux est satisfaite — La relation de conjugaison est valide dans l'approximation de Gauss (rayons paraxiaux : proches de l'axe et peu inclinés).
Une lentille convergente forme une image réelle. Si on rapproche l'objet du foyer $F$ (par la gauche), l'image réelle :
- A. Se rapproche de la lentille
- B. S'éloigne vers l'infini
- C. Devient virtuelle immédiatement
- D. Reste fixe en $F'$
Réponse
B. S'éloigne vers l'infini — Quand l'objet s'approche de $F$, $1/\overline{OA'} \to 0$, donc $\overline{OA'} \to +\infty$ : l'image s'éloigne vers l'infini.
Un œil myope (PR = 80 cm) porte des verres $V = -1{,}25\,\delta$. Avec ces verres, où se situe le nouveau PR ?
- A. À l'infini
- B. À 2 m
- C. À 80 cm
- D. À 50 cm
Réponse
A. À l'infini — Le verre forme l'image d'un objet à l'infini au PR de l'œil nu. $\frac{1}{\overline{OA'}} = V + 0 = -1{,}25\,\delta$ → $\overline{OA'} = -0{,}8\,\text{m} = -80\,\text{cm}$ = PR. Donc l'œil corrigé voit jusqu'à l'infini.
La condition afocale d'une lunette (objectif convergent $f'_1$, oculaire convergent $f'_2$) implique que la longueur du tube est :
- A. $f'_1 - f'_2$
- B. $f'_1 + f'_2$
- C. $f'_1 \times f'_2$
- D. $f'_1 / f'_2$
Réponse
B. $f'_1 + f'_2$ — En afocal, $F'_1 \equiv F_2$, donc $L = f'_1 + f'_2$.
Si le grandissement d'une lunette astronomique est $G = 50$ et la longueur du tube $L = 510\,\text{mm}$, quelle est la focale de l'oculaire ?
- A. $10\,\text{mm}$
- B. $50\,\text{mm}$
- C. $500\,\text{mm}$
- D. $25\,\text{mm}$
Réponse
A. $10\,\text{mm}$ — $G = f'_1/f'_2$ et $L = f'_1 + f'_2$. Donc $f'_1 = G f'_2 = 50 f'_2$. $L = 51 f'_2 = 510$ → $f'_2 = 10\,\text{mm}$.
Un objet virtuel est un objet dont :
- A. L'image est virtuelle
- B. La position est $\overline{OA} > 0$ (à droite de la lentille)
- C. La taille est négative
- D. Il ne peut pas exister en optique réelle
Réponse
B. La position est $\overline{OA} > 0$ (à droite de la lentille) — Un objet virtuel est celui dont la position est $\overline{OA} > 0$ : ce sont les rayons convergents vers un point à droite de la lentille avant de la traverser.
La divergence d'une lentille divergente implique que pour un objet réel :
- A. L'image est toujours réelle
- B. L'image est toujours virtuelle
- C. L'image peut être réelle ou virtuelle
- D. L'image est à l'infini
Réponse
B. L'image est toujours virtuelle — Une lentille divergente donne toujours une image virtuelle pour un objet réel (on peut le montrer par la relation de conjugaison avec $f' < 0$ et $\overline{OA} < 0$).
Le grossissement commercial d'une loupe est $G = 5$. La distance minimale de vision distincte étant $d_m = 25\,\text{cm}$, quelle est la focale de la loupe ?
- A. $125\,\text{cm}$
- B. $20\,\text{cm}$
- C. $5\,\text{cm}$
- D. $0{,}2\,\text{cm}$
Réponse
C. $5\,\text{cm}$ — $G = d_m/f'$ → $f' = d_m/G = 25/5 = 5\,\text{cm}$.
L'astigmatisme provient :
- A. D'un cristallin trop vieux
- B. D'une déformation de la cornée ou du cristallin (non sphérique)
- C. D'un globe trop long
- D. D'une pupille trop dilatée
Réponse
B. D'une déformation de la cornée ou du cristallin (non sphérique) — L'astigmatisme est dû à une cornée (ou un cristallin) dont la courbure varie selon la méridienne : l'image d'un point n'est pas un point.
Pour une lentille mince, si on double à la fois $|\overline{OA}|$ et $f'$ (les deux), que se passe-t-il à $\overline{OA'}$ ?
- A. Il double
- B. Il reste inchangé
- C. Il est divisé par 2
- D. Il devient négatif
Réponse
A. Il double — La relation de conjugaison est homogène en longueur : doubler toutes les longueurs double $\overline{OA'}$. En effet $\frac{1}{k\overline{OA'}} - \frac{1}{k\overline{OA}} = \frac{1}{kf'}$ → la relation est inchangée → $k\overline{OA'}$ est la nouvelle image → $\overline{OA'}$ double.
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