Quiz: Optique : systèmes, miroirs et lentilles — 14 questions

1. Qu’est-ce qu’un système optique centré ?

A. Un système dont tous les rayons sortent parallèles à l’axe

B. Un dispositif qui ne produit jamais d’image réelle

C. Un montage composé uniquement de miroirs plans

D. Un ensemble de composants partageant le même axe optique de symétrie de révolution

Answer: (D)

Explanation

Un système optique centré est défini par un axe optique commun à tous ses composants. Les autres propositions décrivent des cas particuliers ou des propriétés qui ne définissent pas un système centré.

2. Quand peut-on dire qu’une image est réelle ?

A. Quand ses rayons émergents passent réellement par son point et qu’elle peut être recueillie sur un écran

B. Quand elle semble provenir d’un point situé avant la sortie du système

C. Quand elle est obtenue uniquement par prolongement des rayons

D. Quand elle est toujours située du même côté que l’objet

Answer: (A)

Explanation

Une image réelle est formée lorsque les rayons émergents convergent effectivement en un point, ce qui permet de la projeter sur un écran. Une image virtuelle, au contraire, n’est recueillie sur aucun écran.

3. Quelle propriété caractérise le stigmatisme rigoureux d’un miroir plan ?

A. Les rayons incidents parallèles sont focalisés en un point

B. Tout couple de points symétriques par rapport au miroir donne une image exacte

C. Tout objet réel y donne nécessairement une image réelle

D. Le grandissement y est toujours inférieur à 1

Answer: (B)

Explanation

Pour un miroir plan, deux points symétriques par rapport au miroir sont conjugués avec un stigmatisme rigoureux. Les autres propositions concernent d’autres systèmes optiques ou sont fausses pour un miroir plan.

4. Quelle est la valeur du grandissement transversal d’un miroir plan ?

A. 0

B. -1

C. Dépend de la distance de l’objet au miroir

D. 1

Answer: (D)

Explanation

Pour un miroir plan, l’image a la même taille algébrique que l’objet, donc le grandissement vaut 1. La distance à la surface n’en change pas la valeur.

5. Quelle condition traduit qu’une lentille est mince ?

A. Ses deux faces sont forcément planes

B. Son foyer image est toujours négatif

C. Son épaisseur centrale est négligeable devant ses rayons de courbure et devant la distance entre ses centres de courbure

D. Son diamètre est nul

Answer: (C)

Explanation

Une lentille mince vérifie une épaisseur centrale très petite devant les rayons de courbure et devant la distance entre les centres de courbure. Les autres choix ne définissent pas la minceur d’une lentille.

6. Quel signe possède la distance focale image d’une lentille divergente ?

A. Elle est nulle

B. Elle est négative

C. Elle est positive

D. Elle dépend seulement de l’épaisseur de la lentille

Answer: (B)

Explanation

Une lentille divergente est associée à une distance focale image f’ négative. À l’inverse, une lentille convergente a une distance focale image positive.

7. Que désigne l’approximation de Gauss en optique ?

A. L’étude de rayons peu inclinés et proches de l’axe optique

B. La prise en compte de tous les rayons sans approximation

C. L’étude de rayons traversant uniquement le centre optique

D. L’étude exclusive des objets placés à l’infini

Answer: (A)

Explanation

Les conditions de Gauss consistent à considérer des rayons paraxiaux, c’est-à-dire proches de l’axe optique et faiblement inclinés. C’est dans ce cadre que l’image est traitée comme nette.

8. Que devient un rayon incident parallèle à l’axe optique après une lentille convergente ?

A. Il passe par le foyer principal objet F

B. Il ressort parallèle à l’axe sans déviation

C. Il est réfléchi vers l’objet

D. Il passe par le foyer principal image F’

Answer: (D)

Explanation

En conditions de Gauss, un rayon parallèle à l’axe ressort en passant par le foyer image F’ pour une lentille convergente. Pour une lentille divergente, il semble au contraire provenir de F’.

9. Quelle règle de construction concerne un rayon passant par le centre optique d’une lentille mince ?

A. Il est arrêté par la lentille

B. Il passe par le foyer objet

C. Il est toujours parallèle à l’axe

D. Il ressort sans déviation

Answer: (D)

Explanation

Pour une lentille mince, un rayon passant par le centre optique O n’est pas dévié. C’est l’une des règles de base pour construire une image.

10. Combien de rayons faut-il en pratique pour déterminer l’image d’un point par stigmatisme approché ?

A. Deux rayons suffisent, le troisième sert de vérification

B. Il faut obligatoirement un écran

C. Quatre rayons sont nécessaires

D. Un seul rayon suffit toujours

Answer: (A)

Explanation

Deux rayons permettent de localiser l’image dans le cadre du stigmatisme approché, et un troisième rayon peut servir de contrôle. Un écran n’est pas nécessaire pour la construction géométrique.

11. Quelle relation de conjugaison de Descartes relie une lentille mince, la distance objet OA, la distance image OA' et la distance focale image f' ?

A. 1/OA' - 1/OA = 1/f'

B. OA' / OA = f'

C. OA' - OA = f'

D. 1/OA + 1/OA' = 1/f'

Answer: (A)

Explanation

La formule de Descartes pour une lentille mince s’écrit bien 1/OA' - 1/OA = 1/f'. Les autres propositions confondent la relation avec un calcul de distance ou avec une somme de vergences.

12. Dans la relation de Newton pour une lentille mince, quel produit est égal à -f^2 ?

A. OA' · OA

B. F'A' · FA

C. OA' · OF'

D. F'A · FA'

Answer: (B)

Explanation

La formule de Newton s’écrit F'A'·FA = -f^2. Elle relie les distances aux foyers principaux, et non les distances au centre optique.

13. Pour une lentille convergente, quelle condition garantit l’existence d’un couple objet réel / image réelle ?

A. D < 4β'

B. D > 4β'

C. D = 4β'

D. D = 0

Answer: (B)

Explanation

La condition nécessaire donnée est D > 4β' pour obtenir un objet réel et une image réelle. Le cas D = 4β' correspond seulement à la limite d’existence du couple.

14. Que représente le cas limite D = 4β' pour une lentille convergente ?

A. La limite d’existence du couple objet réel / image réelle

B. Un cas réservé aux lentilles divergentes

C. Une situation où l’image devient nécessairement virtuelle

D. Une configuration où la distance image est toujours nulle

Answer: (A)

Explanation

Quand D = 4β', on est à la limite d’existence du couple objet réel / image réelle. Ce n’est pas une condition propre aux lentilles divergentes, et cela n’impose pas une image virtuelle.