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Spécialité Physique-Chimie Terminale

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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
Trente-six questions en trois niveaux : reconnaître l’objectif, l’oculaire, le réglage afocal et le grossissement, puis calculer un diamètre apparent, une image intermédiaire, une longueur de lunette ou un grossissement, enfin raisonner sur la marche des rayons, la pupille de sortie, le champ et les limites du grossissement.

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. 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.

  2. 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.

  3. 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.

  4. 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.

  5. 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.

  6. 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.

  7. 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.

  8. 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.

  9. 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.

  10. 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.

  11. 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.

  12. 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
  1. 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.

  2. 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).

  3. 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.

  4. 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.

  5. 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″.

  6. 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.

  7. 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.

  8. 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.

  9. 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.

  10. 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.

  11. 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°.

  12. 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
  1. 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).

  2. 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.

  3. 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).

  4. 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.

  5. 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.

  6. 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.

  7. 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.

  8. 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.

  9. 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.

  10. 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.

  11. 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.

  12. 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.

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