- enseignement Catholique

HPT Formation scientifique

UAA7

AUTEUR : Jean-Baptiste SCHUERMANS

Fiche d’expérience 2

Le fonctionnement de l’œil Prérequis Les deux types de lentille et leurs effets (voir la fiche d’expérience « Comparer des lentilles »).

Objectifs d’apprentissage Décrire le fonctionnement de l’œil normal et la correction de ses défauts à l’aide d’un montage utilisant des lentilles.

Remarque pour le professeur L’œil humain peut être modélisé par la combinaison d’une lentille figurant le cristallin et d’un écran figurant la rétine. Dans cette fiche, nous utiliserons des modèles artisanaux (voir la fiche technique « Fabriquer un modèle de l’œil ») ou commerciaux pour rendre compte du fonctionnement d’un œil sain, myope ou hypermétrope et des corrections à l’aide de verres de lunettes, ainsi que du mécanisme d’accommodation.

Matériel suggéré Un modèle de l’œil permettant de faire varier et de mesurer la distance lentille-écran, une lentille convergente figurant le cristallin, deux lentilles correctrices (une convergente, une divergente) ou des verres correcteurs à simple foyer. Attention, l’utilisation de lentilles présente des risques lorsqu’on concentre les rayons du Soleil. Ne pas regarder en direction du Soleil à travers la lentille ; prendre garde au risque de brûlure ou d’inflammation.

Procédure Dans les descriptifs ci-dessous, nous appelons distance de l’objet la distance entre l’objet et la lentille, et distance de l’écran la distance entre la lentille et l’écran. Les valeurs précises des distances à utiliser pour modéliser un défaut de vue et sa correction dépendent des focales des lentilles dont on dispose. Un exemple est donné dans la colonne de droite.

A. Œil sain, myope, hypermétrope Œil sain

Faire la mise au point sur un objet relativement proche ; noter les distances de l’objet et de l’écran. Dans un œil sain, l’image se forme sur la rétine de la même façon qu’elle se forme nette sur

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Avec un cristallin de 65 mm de focale et un objet placé à 5 fois la distance focale de l’objectif (32,5 cm), on obtient la netteté pour une distance écran de 8 cm environ. Consigne pour les élèves: 1. Placer l’objet à 5 fois la distance focale de

l’écran du modèle.

Œil myope

Sans modifier la distance objet, augmenter la distance écran (œil « trop long »). L’image est à présent floue sur l’écran ; elle serait nette en avant de celui-ci.

l’objectif ; régler la distance écran à 8 cm. Observer l’image formée sur l’écran.

Après l’ajout d’un verre correcteur de la myopie de -200 mm de focale, la distance écran donnant une image nette passe à 10,2 cm. Consigne pour les élèves: 2. Augmenter la distance écran à 10,2 cm; observer l’image formée sur l’écran.

Correction de la myopie : tenir une lentille convergente ou un verre correcteur de la myopie devant la lentille cristallin : l’image redevient nette. Œil hypermétrope

Sans modifier la distance objet, diminuer la distance écran (œil « trop court»). L’image est à présent floue sur l’écran ; elle serait nette en arrière de celui-ci.

3. Interposer le verre correcteur de focale 200 mm ; observer l’image formée sur l’écran. Après l’ajout d’un verre correcteur de l’hypermétropie de 300 mm de focale, la distance écran donnant une image nette est de 6,5 cm. Consigne pour les élèves: 4. Diminuer la distance écran à 6,5 cm; observer l’image formée sur l’écran. 5. Interposer le verre correcteur de focale 300 mm ; observer l’image formée sur l’écran.

B. L’accommodation 6. Régler la distance de l’écran de manière à obtenir une image nette d’un objet très éloigné (élément de paysage par exemple). Viser ensuite un objet relativement proche ; observer comment varie la distance de l’écran pour conserver une image nette. Lorsqu’on passe du lointain au proche, la distance de l’écran doit augmenter pour garder une image nette. L’augmentation sera d’autant plus forte que les objets sont proches de l’objectif. L’effet est plus marqué (en valeur absolue) si l’on utilise une lentille à grande focale. 7. Si l’on dispose de deux lentilles convergentes de focales différentes, procéder comme suit. Utiliser d’abord la lentille ayant la focale la plus petite. Régler la distance écran pour mettre au point sur un objet situé à une distance d’environ 5 focales de l’objectif. Mesurer cette distance. Ensuite, sans modifier la distance de l’écran, remplacer la lentille par une autre ayant une plus grande focale, et déplacer l’objet pour obtenir une image nette. Que constate-t-on ? On observe qu’avec l’ajout de la deuxième lentille, la distance de l’objet a diminué. Comme la distance de l’écran ne peut pas varier dans l’œil humain (la taille de l’œil est fixée), lorsqu’un objet se rapproche de l’œil, celui-ci doit accommoder en se courbant davantage, de manière à faire davantage converger les rayons. Si ce n’était pas le cas, l’image se formerait derrière l’écran (voir expérience précédente).

Développements attendus principalement visés Utiliser un dispositif pour modéliser le fonctionnement de l’œil normal, myope et hypermétrope (A2), ainsi que la correction de ces défauts (T1). (P) A l’aide d’un dispositif expérimental donné par le professeur, l’élève rend compte du fonctionnement normal, myope et hypermétrope de l’œil, ainsi que des procédés utilisés pour corriger ces défauts. (TQ) A l’aide d’un dispositif expérimental imaginé ou sélectionné par l’élève, celui-ci rend compte du fonctionnement normal, myope et hypermétrope de l’œil, ainsi que des procédés utilisés pour corriger ces défauts.

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