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Miroirs concaves et convexes

À propos de cette simulation

Miroirs concaves et convexes est un banc d'optique géométrique en 3D où les élèves explorent la réflexion sphérique et la formation d'images. Une bougie objet lumineuse est placée devant un miroir réfléchissant dont la surface bascule entre convergente (concave, distance focale positive) et divergente (convexe, distance focale négative). Trois rayons principaux codés par couleur partent de la flamme de la bougie vers le miroir et se réfléchissent dans l'espace, avec des prolongements virtuels translucides derrière le miroir chaque fois que les rayons divergent. Les indicateurs en direct calculent la distance de l'image d_i à partir de la relation de conjugaison 1/f = 1/d_o + 1/d_i, le grandissement linéaire M = -d_i / d_o et la nature de l'image.

Ce que les élèves peuvent explorer

  • En mode Concave, placez la bougie au-delà du centre de courbure C (d_o supérieur à 2f) et observez l'image réelle, renversée et plus petite qui se forme entre F et C.
  • Faites glisser la bougie sur C (d_o = 2f) et vérifiez que l'image réelle renversée se trouve exactement à la même distance et a la même taille que l'objet (M = -1.00).
  • Déplacez la bougie à l'intérieur du foyer F (d_o inférieur à f) du miroir concave pour voir les rayons diverger à l'avant et converger en une image virtuelle droite et agrandie derrière le miroir.
  • Cliquez sur la coupelle du miroir pour passer en mode Convexe (Divergent) et faites glisser la bougie n'importe où sur le banc pour confirmer qu'un miroir convexe forme toujours une image virtuelle droite et réduite.
  • Ajustez la Distance focale |f| à l'aide du curseur et observez le foyer F et le centre de courbure C glisser le long de l'axe optique.

Objectifs d'apprentissage

  1. 1Utiliser la relation de conjugaison 1/f = 1/d_o + 1/d_i et la formule de grandissement M = -d_i / d_o pour localiser et dimensionner les images d'un miroir sphérique.
  2. 2Tracer les trois rayons principaux (parallèle-focal, sommet et focal-parallèle) pour les miroirs concaves et convexes.
  3. 3Expliquer la différence physique entre une image réelle (les rayons lumineux convergent réellement) et une image virtuelle (les rayons divergents semblent provenir de derrière le miroir).
  4. 4Décrire comment un miroir concave passe de la formation d'images réelles renversées à des images virtuelles droites lorsque l'objet franchit le foyer F.

Questions fréquentes des enseignants

Quand un miroir concave produit-il une image virtuelle et droite ?

Lorsque l'objet est placé plus près du miroir concave que sa distance focale (d_o inférieur à f), les rayons réfléchis divergent devant le miroir et leurs prolongements vers l'arrière forment une image virtuelle, droite et agrandie derrière le miroir — exactement comme un miroir de maquillage ou de rasage.

Pourquoi les rétroviseurs extérieurs de voiture utilisent-ils des miroirs convexes ?

Un miroir convexe fait diverger la lumière incidente de sorte qu'il produit toujours une image virtuelle droite et réduite derrière le miroir, offrant au conducteur un champ de vision beaucoup plus large qu'un miroir plan de même taille.

Que se passe-t-il lorsque la bougie objet est placée exactement au foyer F d'un miroir concave ?

Lorsque d_o = f, les rayons réfléchis quittent le miroir parallèlement les uns aux autres et ne se croisent jamais ; l'image se forme donc à l'infini (principe utilisé dans les projecteurs et les phares de voiture pour projeter un faisceau parallèle).

Que signifie une distance d'image négative d_i dans la relation de conjugaison des miroirs ?

Dans la convention de signe standard, les distances positives se trouvent devant la surface réfléchissante (là où la lumière réelle se propage) et les distances négatives se situent derrière le miroir. Par conséquent, un d_i négatif signifie que l'image est virtuelle et située derrière le miroir.

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