江西省信丰县黄泥中学九年级物理 模拟眼球成像原理 近视的原因及矫正实验复习教案(1).doc

模拟眼球成像原理 近视的原因及矫正一、教学目标： 1、通过可变焦凸透镜模拟眼球成像原理，使学生能认识眼睛成像过程。 2、通过金属弹簧弹性实验模拟眼睛晶状体的变形，使学生认识近视形成的原因。 3、通过透镜成像过程，模拟近视的矫正。二、实验内容1、实验内容：模拟眼球成像、近视的原因及矫正实验2、实验器材：透镜成像演示轨道、自制可变焦凸透镜、蜡烛、白纸板、自制金属弹簧、直尺、普通近视眼镜。3、原理、装置：（1）旋进挤压式变焦透镜基本原理及实验装置旋进挤压式变焦透镜， 采用旋进挤压的方式 ，使透明胶体或透明液体在 pvc管中腔体内的分布发生改变 ，从而实现变焦 ，腔体结构,其外管（内缧纹管）下表面为一层透明光学玻璃平板如图1，内管（外缧纹管）上表面固定有一层透明弹性薄膜如图2，将具有一定折射率的适量的透明胶体或透明液体充入腔体，利用旋进挤压，在保证液体体使积不变的条件下，使得透镜表面曲率半径发生变化，实现透镜焦距的变化如图3。 图1 图2 图3当旋动内管时，若将透镜按空气中的薄透镜模型考虑 ，曲率半径与透镜光焦度有如下关系：=1/f=n-1/r式中，r 是透镜上表面的曲率半径 ，f是透镜的焦距， n为所选液体的折射率 ,由上式可见 ,所选液体的折射率越大 ,在曲率半径改变相同的情况下，透镜的光焦度越大，折光能力越强。图4是教学用模拟眼球成像实验的设计图。 图4 图 5是教学用模拟眼球成像实验的场景图。图5（2）弹簧变形实验图片图6为学生在过度拉伸弹簧 图64、实验准备：用pv管、橡胶膜、硅胶等自制一组可变焦凸透镜，用金属丝制作一组弹簧。三、实验教学设计思路眼睛成像原理、近视的原因和矫正是本节课的重点和难点，教材中的实验只是用了一个透镜来成像，不能演示眼睛为什么既能看清近处的物体又能看清远处的物体。学生对此存在疑惑。本实验使用了一组可变焦凸透镜，先固定透镜与光屏的距离，接着调节蜡烛与透镜的距离，使清晰的像落在光屏上。然后分别向前、向后移动蜡烛，再通过手动调节凸透镜的焦距，确保使清晰的像落在光屏上。整个过程完全模拟了眼睛观察物体时的调节过程。学生通过这样的观看这样的演示实验，对眼睛的成像原理就能很直观的认识清楚了。近视的形成的原因有两个：晶状体的凸度过大、眼球前后径过长。对于后者只要移动一下光屏和透镜的距离就可以演示清楚。但晶状体的凸度是怎么原因才变化的呢？学生对此是不太理解的。本实验用金属线圈的弹性变形现象来模拟晶状体的变形。先用直尺量一下金属线圈的长度，接着用力拉伸金属线圈迅速松开，再用力拉伸金属线圈较长时间后松开，分别比较这两种状况后的金属线圈的长度。由此模拟眼睛长时间看近处的物体，使晶状体长时间受压迫而使凸度变大，形成近视。 调节增大凸透镜的凸度使清晰的像落在光屏的前面，接着用学生自己戴的近视眼睛放在凸透镜前，使清晰的像再次落在光屏上。通过这样的演示学生对于近视的形成和矫正就能很容易理解了。四、实验教学过程1、模拟眼睛成像原理演示实验：（演示） 让学生双手前平举握书，慢慢把书靠近双眼，接着再缓缓离开双眼，整个过程眼睛始终注视书上的文字。问：你们的眼睛有什么感觉？你们知道这个过程中你的晶状体是怎样变化吗？下面我们就来模拟演示一下：在透镜轨道上把可变焦凸透镜放在蜡烛和光屏之间，先固定透镜与光屏的距离，请一名学生来调节蜡烛与透镜的距离，使清晰的像落在光屏上。接着让学生分别向前、向后移动蜡烛，另一名学生通过手动调节凸透镜的焦距，都能使清晰的像落在光屏上。2、模拟近视的形成的原因：（分组） 让学生把书尽量靠近自己的双眼，仔细看清楚书本上的文字，保持1分钟。问：你们的眼睛现在有什么感觉呢？如果你们每天看书或看电脑都是用这样的方式那你的眼睛会怎样呢？下面我们也来模拟一下： 我们的晶状体是有弹性的，可以在一定限度内自动调节。但这个调节也要有限度，如果超过这个限度，晶状体就不能恢复到原来状态了，使晶状体的凸度变大，就无法看清楚远处的物体。我们用这个弹簧来模拟晶状体，先用直尺量一下它的长度并记录；接着用力拉一下弹簧然后迅速松开，再用直尺量一下它的长度并记录；然后再用力拉一下弹簧过10秒再松开，再用直尺量一下它的长度并记录。比较3次的弹簧长度，想一想这是为什么？这个过程和我们的眼睛有什么相似的地方呢？3、模拟近视的矫正：（演示） 请戴近视眼镜的学生观察一下自己的镜片，比较镜片的中央和边缘的厚薄。问：为什么戴凹透镜能矫正近视呢？下面我们再来模拟一下： 先调整透镜成像装置，使清晰的像正好落在光屏上，接着调节增大凸透镜的凸度使清晰的像落在光屏的前面，然后用学生自己戴的近视眼睛放在凸透镜前，使清晰的像再次落在光屏上。五、说明 本组实验的关键是要做好一组可变焦的凸透镜，用来模拟人类眼睛的晶状体，通过调节凸透镜的焦距，使近处或远处的物体成清晰的像都能正好落在光屏上。变焦镜头是在本校物理实验室的张老师支持帮助下共同制作完成的。 在教学过程先让学生自己体验一下用眼睛观察，再用透镜模拟