Optique Géométrique -Cours-Résumés-Exercices et examens

Optique Géométrique -Cours-Résumés-Exercices et examens avec solutions

L’optique est une partie de la physique qui étudie la propagation de la lumière. La lumière visible est une onde électromagnétique (EM) dans le domaine de longueur d’onde compris entre 400nm et 800nm (1nm = 10-9 m). En optique géométrique, on traite les ondes EM comme des rayons et on ignore leur caractère ondulatoire. Ce traitement est correct si les dimensions des obstacles rencontrées par l’onde (lentilles, miroirs, etc…) sont très grandes comparées à la longueur d’onde.

L’optique géométrique introduite par Alhazen s’est développée sur la base d’observations simples et repose sur deux principes et des lois empiriques :

• la propagation rectiligne dans un milieu homogène et isotrope ;
• le principe du retour inverse qui exprime la réciprocité du trajet lumineux entre source et destination ;
• les lois de Snell-Descartes pour la réflexion et la réfraction.

Plan du Cours N°1 d’Optique Géométrique

Chapitre I : Notions fondamentales sur la lumière

I. Les Phénomènes lumineux

I. 1. Source lumineuse

I. 2. Les types de milieux

I. 3. Système optique

I. 4. Faisceaux lumineux

I. 5. Objective de l’optique géométrique

I. 6. Lois de Snell-Descartes

I. 7. Caractère réels et virtuels des espaces

1. 8. Stigmatisme

Chapitre II : Miroir plan & dioptre plan

II. 1. Miroir plan

II. 1. 1. Loi de Snell-Descartes pour la réflexion

II. 1. 2. Relation de conjugaison

Exercices

II. 2. Dioptre plan

II. 2. 1. Loi de Snell-Descartes pour la réfraction

Exercices

II. 2. 2. Prisme

Exercices

Chapitre III : Miroir sphérique

III. Miroir sphérique

III. 1. Relations de conjugaison

III. 2. Foyer Image F’

III. 3. Foyer Objet F

III. 4. Grandissement

III. 5. Les Caractéristiques de l’image

Exercices

Chapitre IV : Dioptre sphérique

IV. Dioptre sphérique

IV. 1. Relations de conjugaison

IV. 2. Grandissement

IV. 3. Foyer Image F’

IV. 4. Foyer Objet F

Exercices

Chapitre V : Lentilles minces

V. Lentilles minces

V. 1. Formule de Conjugaison

a- Lentille épaisse

b- Lentille mince

c- Lentille mince d’indice n

d- Lentille mince d’indice n dans l’air

V. 2. Foyer Image F’

V. 2. Foyer Objet F

V. 4. Les différents types de lentilles

Exercices

Chapitre VI : L’OEil

VI. L’oeil

VI. 1. Biophysique de la vision

a- L’indice optique

b- Ponctum Proximum

c- Ponctum Remotum

d- Formation de l’image par l’oeil

VI. 2. Schéma optique de l’oeil

VI. 3. Les défauts de l’oeil

VI. 4. Les instruments d’optique

Exercices

Bibliographie

Plan du Cours N°2 d’Optique Géométrique

CHAPITRE 1 : UNE BREVE HISTOIRE DE L’OPTIQUE 5

1. L’optique pendant l’antiquité

2. L’optique chez les Arabes

3. L’écart à l’optique géométrique

4. Huygens et Newton

5. Thomas Young et l’école française

6. La révolution quantique

7. De l’optique physique à la photonique

CHAPITRE 2 : FONDEMENTS DE L’OPTIQUE GEOMETRIQUE 19

1. Nature de la lumière

2. Notions sur les ondes

3. Principe de propagation rectiligne de la lumière

4. Principe du retour inverse de la lumière

5. Indices de réfraction

6. Chemin optique

7. Les matériaux optiques

Exercices et problèmes 37

EP.2.1 : Chambre noire

EP.2.2 : Eclipses de Soleil

EP.2.3 : Longueurs d’ondes associées à des particules

EP.2.4 : Energie et quantité de mouvement transportées par la Lumière

EP.2.5 : Onde transversale dans une corde

EP.2.6 : Mesure de c par la méthode de la roue dentée (méthode de Fizeau)

EP.2.7 : Mesure de c par la méthode du miroir tournant (méthode de Foucault)

CHAPITRE 3 : LOIS GENERALES DE L’OPTIQUE GEOMETRIQUE

1. Lois de Snell-Descartes

2. Construction de Huygens

3. Principe de Fermat

4. Trajectoire dans un milieu inhomogène

Exercices et problèmes

EP.3.1. : Réfraction par un dioptre air-eau

EP.3.2. : Prisme rectangle

EP.3.3. : Réfraction par un cube

EP.3.4. : Association d’un dioptre et d’un miroir plans

EP.3.5. : Association de deux prismes

EP.3.6. : Principe de Fermat et lois de la réflexion

EP.3.7. : Principe de Fermat et lois de la réfraction

EP.3.8. : Réfraction dans une demi boule de verre

EP.3.9. : Réfraction par une boule argentée

EP.3.10. : Arc en ciel

EP. 3.11 : Fibre optique

EP.3.12. : Réfraction de l’atmosphère

EP.3.13. : Phénomène de mirage

CHAPITRE 4 : SYSTEMES OPTIQUES ET IMAGES 95

1. Systèmes optiques

2. Images données par un système optique

3. Notions de stigmatisme

4. Conditions de stigmatisme approché. Approximation de Gauss

5. Propriétés des systèmes centrés

6. Systèmes centrés afocaux

Exercices et problèmes

EP.4.1. : Stigmatisme approché d’un dioptre plan

EP.4.2. : Stigmatisme approché du miroir sphérique

EP.4.3. : Stigmatisme rigoureux du dioptre sphérique

EP.4.4 : Miroir parabolique

EP.4.5. : Stigmatisme approché d’une demi boule de verre

CHAPITRE 5 : SYSTÈMES OPTIQUES SIMPLES À FACES PLANES 119

1. Le miroir plan

2. Le dioptre plan

3. Lames à faces parallèles

Exercices et problèmes

E.P.5.1.: Miroir plan

E.P.5.2.: Association de trois miroirs

EP.5.3.: Miroirs formant un trièdre

EP.5.4. : Dioptre plan

EP.5.5. : Association de deux prismes rectangles

EP.5.6. : Association de trois dioptres

EP.5.7. : Mesure de l’indice l’un liquide 1

EP.5.8. : Mesure de l’indice d’un liquide 2

EP.5.9. : Association d’une lame à faces parallèles et d’un miroir plan

EP.5.10. : Vase à fond réfléchissant

EP.5.11. : Association de deux lames à faces parallèles

CHAPITRE 6 : LE PRISME

1. Formules du prisme

2. Etude de la déviation du prisme

3. Propriétés dispersives du prisme. Spectroscopes à prismes

Exercices et problèmes

EP.6.1. : Prisme de petit angle A

EP.6.2. : Marche d’un rayon lumineux dans un prisme

EP.6.3. : Prismes accolés

EP.6.4. : Prisme à liquide

EP.6.5. : Angle limite d’incidence

EP.6.6. : Déviation minimum

EP.6.7. : Variation de la déviation avec l’angle d’incidence

EP.6.8. : Association d’un prisme et d’un miroir

EP.6.9. : Image donnée par un prisme

EP.6.10. : Variation de la déviation avec la longueur d’onde

EP.6.11. : Etude de la dispersion d’un prisme

CHAPITRE 7 : SYSTEMES OPTIQUES SIMPLES A FACES SPHÉRIQUES 177

1. Le miroir sphérique

2. Le dioptre sphérique

Exercices et problèmes

EP.7.1. : Miroir sphérique concave

EP.7.2. : Miroir sphérique convexe

EP.7.3. : Rétroviseur

EP.7.4. : Image donnée par un miroir sphérique

EP.7.5. : Association d’un dioptre plan et d’un miroir sphérique

EP.7.6. : Association de deux miroirs sphériques 1

EP.7.7 : Association de deux miroirs sphériques 2

EP.7.8. : Association de deux miroirs sphériques 3

EP.7.9. : Image d’un objet dans une cavité

EP.7.10. : Rayon de courbure d’un dioptre sphérique

EP.7.11. : Foyers d’un dioptre sphérique

EP.7.12. : Boule de cristal

EP.7.13. : Association d’un dioptre et d’un miroir sphériques

EP.7.14. : Foyers d’une boule semi argentée

EP.7.15. : Demi boules accolées

EP.7.16. : Verre chinois

EP.7.17. : Baguette de verre à bouts sphériques

EP.7.18. : Distance objet–image dans un ballon rempli de liquide

CHAPITRE 8 : LES LENTILLES

1. Définitions

2. Centre optique

3. Marche d’un rayon lumineux

4. Foyers. Distance focale. Vergence

5. Relation de conjugaison

6. Image d’un petit objet perpendiculaire à l’axe

7. Grandissement linéaire transversal

8. Association de lentilles

Exercices et problèmes

EP.8.1. : Distances focales de lentilles minces

EP.8.2. : Association d’une lentille et d’un miroir plan

EP.8.3. : Principe de la méthode de Bessel

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Voir aussi :

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