Ph 1.4 LE MICROSCOPE


1. Decouverte du microscope

1.1 Description


L'optique d'un microscope est constituée de trois parties distinctes :
‑ le condenseur qui permet d'éclairer l'objet observé. Il est généralement formé d'un miroir concave.
‑ l'objectif, système convergent de très courte distance focale (de l'ordre du millimètre), formé de plusieurs lentilles.
‑ l'oculaire, système convergent formé lui aussi de plusieurs lentilles, qui joue le rôle d'une loupe. Sa distance focale est de l'ordre du centimètre.

1.2 Observation du microscope réel

1.2.1 Oculaire

Démonter l’oculaire  et évaluer sa distance focale : 

Quelle indication est portée sur l'oculaire?   10

 1.2.2 Objectif

Combien y a-t-il d'objectifs?

Dans ce microscope, il y en a 3   

Quelles ont les indications portées sur les objectifs? 

× 60    × 10    × 4

Dévisser l'objectif noté (× 10). Evaluer sa distance focale.

La distance focale est de l’ordre du cm 


1.3 Mise au point

L'objectif et l'oculaire sont placés aux deux extrémités du tube.

Pour faire la mise au point, on tourne d'abord le bouton de commande de la crémaillère (réglage grossier) puis  la vis micrométrique (réglage fin).

Qu'observe-t-on pour les 2 lentilles?

L'objectif ne se déplace pas par rapport à l'oculaire. Ils sont fixes l'un par rapport à l'autre. 

Evaluer la distance objectif-oculaire. 

  Elle vaut aproximativement    18 cm  .

L'intervalle optique Δ est la distance entre le foyer image de l'objectif F'1 et le foyer objet de l'oculaire F2                                


2. Principe du microscope

Un microscope permet de voir une image grossie d’un objet « proche ».
Vous devez simuler un microscope sur le banc optique en utilisant les deux lentilles L1 et L2 qui sont à votre disposition et sachant que :

 

Rappeler les conditions d’observation sans fatigue pour l’œil.

L’image finale A’’B’’ devra se trouver à l’infini; ainsi, l'oeil n'accomode pas.

En déduire où doit se trouver l’image intermédiaire A’B’.

Cela suppose que l’image intermédiaire A’B’ se trouve dans le plan focal objet de L2.

3. Modélisation 

Objectifs :
Le but de ce TP est de modéliser, sur le banc optique, un microscope.
Vous disposez pour cela d’un petit objet (mire millimétrée), de 2 lentilles L1 (objectif) et L2 (oculaire), ainsi que d’un dispositif permettant de les rendre solidaires l’une de l’autre.

3.1 Choix des lentilles

On dispose de 2 lentilles L1 (f1’ = 5 cm) et L2 (f2’ = 10 cm).

D’après la description ci-dessus, quelle lentille choisit-on pour représenter l’objectif ?

la lentille L1  : f’1 =  5 cm (elle a la plus petite distance focale)

 D’après la description ci-dessus, quelle lentille choisit-on pour représenter l’oculaire ?

la lentille L2  :  f’2 =  10 cm 

Si l’intervalle optique D = F1’ F2 = 30 cm, que vaut la distance O1O2 ?

               

3.2 Mise au point expérimentale avec un microscope simulé.

3.2.1 Observation de l'image finale A''B''

Important :pour faciliter l’observation, la lampe sera « sous alimentée : 6 V » 
Sur le banc d’optique, positionner la source, un diaphragme et l’objet AB ( mire millimétrée montée sous cache ) à environ 70 cm de la lampe.
L’alignement objet-lentilles sera rigoureux. 
Relier l'objectif  et l'oculaire par le dispositif permettant de les solidariser.

Mesurer la distance O1O2. Comparer à la valeur trouvée au §3.1

on mesure 45 cm, ce qui correspond à un intervalle optique de 30 cm

Placer l’objectif à une distance de l’objet légèrement supérieure à la distance focale f’1 de celui-ci. Déplacer le bloc {objectif-oculaire} afin d’avoir une image nette. Que peut-on dire de sa taille?

Elle est nettement plus grande que celle de l'objet

Noter la position des lentilles L1 et L2.  

on mesure : ( AO1 = 6,3 cm )

3.2.2 Observation de l'image intermédiaire A'B'

Oter l'oculaire L2 et le dispositif.
Remplacer L2 par un écran ; le déplacer progressivement vers L1 pour recevoir l'image intermédiaire (notée A’B’) donnée par l’objectif.

Repérer la position de l’écran O1A'.
En déduire A'O2

On mesure

Quelle position remarquable occupe l'image intermédiaire A'B'?

A' est au foyer objet de l'oculaire ( donc A'B' est dans le plan focal objet )

Remarque: La mise au point consiste au déplacement du bloc objectif-oculaire, pour amener l’image intermédiaire A’B’ dans le plan focal objet de l’oculaire ;  ainsi A"B" est à l'infini, ce qui permet à l'oeil d'observer sans fatigue.

Que peut-on dire de sa taille?

A'B' est plus grande que AB, mais moins grande que l'image finale A"B"

3.3 Construction à l’échelle 

Représenter le schéma correspondant au montage réalisé : échelle 1/5 sur l’axe optique et échelle 1 verticalement (positionner d’abord A’B’ = 3 cm  . Positionner la lentille L2, puis la lentille L1 )

construction





4 Grossissement du microscope

Exprimer puis calculer la valeur du grandissement  de l’objectif en fonction de l’intervalle optique Δ. ( utiliser le schéma )

donc  :

ici :

 Quelle est la relation donnant le grossissement de l’oculaire? Le calculer.

L'oculaire est une loupe ; son grossissement a pour expression ( voir Ph_1.3):

             

        ou :

Exprimer alors la relation donnant le grossissement G du microscope, sachant que .  


 

Calculer G.    
                                     

Remarques : Le grossissement du microscope ne dépend que des caractéristiques du microscope 
Il dépend de l’intervalle optique, c’est à dire de la distance entre les deux lentilles. 
Il est aussi d’autant plus grand que les distances focales des lentilles sont petites.


5. Position de l’œil : le cercle oculaire.

Retirer la mire. Déplacer un écran, perpendiculaire à l’axe optique, derrière la lentille L2 (oculaire). Observer l’évolution du disque lumineux au fur et à mesure qu’on éloigne l’écran de l’oculaire.

Au fur et à mesure qu’on éloigne l’écran, le disque lumineux diminue, puis augmente.
Le disque lumineux de diamètre minimal est le cercle oculaire.

Le cercle oculaire est l’image de l’objectif donnée par l’oculaire.

Faire la construction du cercle oculaire (échelle 1/5 sur l’axe optique).

construction

Tous les rayons lumineux qui entrent dans le microscope, émergent par le cercle oculaire.



A l’aide de la formule de conjugaison pour la lentille L2, déterminer la position du centre C de ce cercle oculaire.

C est l'image de O1 par la lentille L2 

A votre avis, où doit on placer l’œil pour une bonne observation ?(la pupille de l’œil largement ouverte à un diamètre d’environ 8 mm).

Le diamètre de la pupille est généralement supérieur au diamètre du cercle oculaire.
Si l’observateur place son œil sur le cercle oculaire, tous les rayons lumineux qui entrent dans le microscope, entrent dans son œil. C’est donc là qu’il reçoit le maximum de lumière.


6. Le microscope réel:

Placer un cheveu sur la platine et faire la mise au point avec l’objectif (× 10 ) et l’oculaire (× 10).

Observer l’image intermédiaire à l’aide d’un écran que l’on peut introduire dans le microscope (papier calque fixé à l’extrémité d’un tube). Noter les caractéristiques de cette image.

Elle est plus grande que l’objet et inversée

Quelle est la position de cette image intermédiaire par rapport à l’oculaire ?

Approximativement placée au foyer de l'objectif

Après avoir replacé l’oculaire, noter les caractéristiques de l’image finale.

Encore grossie.

A quoi correspondent les indications (× 10) pour l’objectif et (× 10) pour l’oculaire ?

objectif : × 10  correspond au grandissement

oculaire : × 10  correspond au grossissement Goculaire


Quelle est la valeur du grossissement de ce microscope ?  

Sachant que l’œil peut observer des détails de l’ordre du dixième de mm, quel est l’ordre de grandeur des objets visibles avec un microscope ?
d = 1.10-3÷ 100 = 10-5 m = 10 µm