近視眼和遠(yuǎn)視眼的成因及矯正演示儀

張育霞

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二中學(xué)　 新疆　烏魯木齊　　830002)

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近視眼和遠(yuǎn)視眼的成因及矯正演示儀

張育霞

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二中學(xué) 新疆烏魯木齊830002)

摘 要：分析了近年來教師在晶狀體薄厚變化的模擬方面存在的問題．介紹了近視眼和遠(yuǎn)視眼的成因及矯正演示儀的制作方法、使用方法及其優(yōu)點．在改進(jìn)模擬實驗、制作教具過程中，發(fā)現(xiàn)水透鏡只有是球體時，才能在光屏上呈清晰的像．

關(guān)鍵詞：自制支架 球形水透鏡原理明了現(xiàn)象明顯

1制作背景

近視眼和遠(yuǎn)視眼的矯正與學(xué)生的生活息息相關(guān)，應(yīng)用的物理知識比較多，而要解決這些問題，學(xué)生必須了解眼睛的成像原理和調(diào)節(jié)作用，以及近視眼和遠(yuǎn)視眼的形成原因．因為晶狀體的薄厚變化難以觀察，所以學(xué)生對這兩個知識點的理解有較大難度．要突破這兩個難點，通過模擬實驗得到結(jié)論無疑是一個非常有效的途徑．要想實驗成功，模擬晶狀體薄厚變化是成功的關(guān)鍵．

近年來，許多教師在晶狀體薄厚變化的模擬方面進(jìn)行了積極的探索和實踐，取得了一定的進(jìn)展，但也存在不少問題．

常見的模擬方法大致有以下3種.

(1)用直徑相同，焦距不同的凸透鏡來模擬晶狀體的薄厚變化

實驗器材：光具座、焦距不同的凸透鏡4個、凹透鏡、光屏、蠟燭各1個,裝置圖如圖1所示．

圖1　用焦距不同的凸透鏡模擬晶狀體裝置

采用這種方法進(jìn)行實驗，需不停調(diào)換焦距不同的凸透鏡，不僅步驟繁瑣，無法體現(xiàn)觀察重點，而且凸透鏡的彎曲程度學(xué)生也不易觀察到．

(2)采用裝有“開塞露”的瓶子來模擬晶狀體的薄厚變化

有的教師在論文中寫到，可采用裝有“開塞露”的瓶子來模擬晶狀體，通過用手捏來改變其凸起程度，從而模擬人眼中晶狀體的薄厚變化．筆者也嘗試了用“開塞露”瓶子進(jìn)行實驗，結(jié)果在光屏上根本無法觀察到清晰的像．

那么怎樣的水透鏡才能在光屏上呈清晰的像呢?

筆者在一個彈性好的、透光性好的氣球內(nèi)注入涼開水，制成一個水透鏡．當(dāng)水透鏡自然下垂呈球體時，在光屏上可觀察到物體清晰的像，如果用手上下、前后、左右擠壓水透鏡時，在光屏上就無法觀察到物體清晰的像，說明水透鏡只有是球體時，才能在光屏上成清晰的像．“開塞露”瓶子無論怎樣擠壓都很難使其成為球體，故用“開塞露”瓶子進(jìn)行實驗是不可行的．

(3)用自制教具模擬晶狀體的薄厚變化

此教具主要由塑料盒、橡皮膜 、軟管、注射器4部分組成．把橡皮膜套在一面開口的塑料盒上用強力膠固定，在塑料盒側(cè)面開兩小口，通過用注射器和軟管往塑料盒中注水、抽水的辦法來模擬晶狀體的變化．裝置圖如圖2所示．

圖2　用橡皮膜自制教具模擬晶狀體裝置

用此晶狀體模型進(jìn)行實驗，一方面晶狀體模型容易漏水，另一方面在注水、抽水時，晶狀體模型沒有呈球體，在光屏上觀察不到物體清晰的像，故用此模型進(jìn)行實驗，實驗效果不好．

筆者在工作實踐中對于上述存在的問題，進(jìn)行了積極地思考和探索，經(jīng)過多次研究，反復(fù)實驗，自制了教具---近視眼和遠(yuǎn)視眼的成因及矯正演示儀．教師通過實際使用發(fā)現(xiàn)，該演示儀原理明了，現(xiàn)象明顯，實驗時間適度，可以成功地模擬晶狀體的薄厚變化，很好地突破了“眼睛和眼鏡”這節(jié)課的難點，極大地提高了課堂效率．

2教具裝置圖

圖3為本自制教具的裝置圖．

圖3　用球形水透鏡、環(huán)形支架模擬晶狀體裝置

3制作原理

自制一個環(huán)形不銹鋼支架來模擬眼球，將水透鏡懸掛在支架左側(cè)使其一直呈球體狀態(tài)，并使其緊貼在支架的圓洞內(nèi)側(cè)，它的一部分會從圓洞中凸出去，形成圓弧，以此來模擬晶狀體，這樣做的優(yōu)點是我們從側(cè)面可觀察到它的厚度．當(dāng)注射器給水透鏡注水、抽水時，它的厚度會發(fā)生變化，焦距也會隨之改變，從而模擬睫狀體對晶狀體的調(diào)節(jié)作用．

在支架右側(cè)豎直的位置，取一正方形洞，以此來模擬視網(wǎng)膜的位置，這個位置的確定，為后面模擬近視眼和遠(yuǎn)視眼的成像位置提供了參考面．

4制作材料

長寬厚參數(shù)70 cm×10 cm ×0.1 cm的不銹鋼1塊，掛鉤1個，彈性好的無色透明氣球1個，LED “F”光源、光屏各1個，100 ml注射器1個，內(nèi)徑約3 mm外徑約5 mm長約4 cm的亞克力管1 節(jié)，內(nèi)徑約5 mm長約50 cm的橡膠軟管1根，廢舊近視眼鏡、遠(yuǎn)視眼鏡各1副，長寬約為80 cm×25 cm長木板1塊，長、寬約9 cm的正方形白色薄塑料板一塊．

5制作方法

(1)將不銹鋼塊制作成如圖4所示形狀的一個支架．其中AB高8 cm，BC長8 cm，支架最寬處的距離為16 cm，支架高18.5 cm，支架右半部分與左半部分對稱．如圖4所示．

圖4　環(huán)形支架尺寸

(2)對不銹鋼環(huán)形支架做進(jìn)一步加工、配置部件、整體成形，如圖5所示.

圖5　成形后的環(huán)形支架

在支架左側(cè)豎直的位置，取一直徑為6.5 cm的圓洞，方便模擬晶狀體．在支架右側(cè)豎直的位置，開一個7 cm×7 cm的正方形洞，用來模擬視網(wǎng)膜及方便光屏前后移動．往一個透光度好、彈性好的氣球里用注射器注入涼開水，即可制成一個水透鏡．在水透鏡封口中插一節(jié)準(zhǔn)備好的硬亞克力管，用一根橡膠軟管將此硬管和一個注射器頭相連，將封口處用細(xì)線綁緊，便可進(jìn)行注水和抽水．在支架左上端的弧部外側(cè)，焊一個掛鉤，用來掛水透鏡．為了美觀，給環(huán)形支架噴上米黃色的油漆．

(3)用剪刀將長、寬約9 cm的正方形白色薄塑料板剪成內(nèi)側(cè)水透鏡橫截面的形狀，掛在支架上端的圓孔中，從而將未凸出去的水透鏡部分遮住，使學(xué)生觀察的注意力集中在水透鏡凸出圓洞的部分上．如圖6所示.

圖6　用白色薄塑料板將未凸出去的水透鏡部分遮住

(4)將圖6所示裝置用4個螺絲釘釘在木板上，木板的長寬約80 cm×25 cm．在木板中心畫一條線與長邊平行，實驗時光源和光屏可沿這條線移動，并在這條線的合適位置標(biāo)上“近景”、“遠(yuǎn)景”的字樣．

6使用方法

(1)正常眼看近景:調(diào)節(jié)“F”光源、晶狀體模型、光屏的高度，使三者的中心處在同一高度，將“F”光源放在“近景”位置，將光屏放在視網(wǎng)膜位置，水透鏡中注入400 ml的水，此時光屏上沒有清晰的像，當(dāng)用注射器抽出200 ml的水后，晶狀體變厚，觀察到光屏上有清晰成像．說明正常眼可以調(diào)節(jié)晶狀體看清近處的物體．

(2)正常眼看遠(yuǎn)景：將“F”光源放在“遠(yuǎn)景”位置，將光屏放在視網(wǎng)膜位置，此時光屏上沒有清晰的像，用注射器注入200 ml的水，觀察到此時晶狀體變薄，光屏上有清晰成像．說明正常眼可以調(diào)節(jié)晶狀體看清遠(yuǎn)處的物體．

(3)近視眼看遠(yuǎn)景：保持“F”光源仍在“遠(yuǎn)景”位置，光屏仍在視網(wǎng)膜位置，用注射器抽水，抽出200 ml的水，此時晶狀體變凸，變厚，觀察到光屏上清晰的像又變模糊，將光屏向前移動，發(fā)現(xiàn)成像清晰，說明近視眼成像在視網(wǎng)膜之前．形成近視的原因是晶狀體太厚，折光能力太強，或者眼球在前后方向上太長，因此來自遠(yuǎn)景的光會聚在視網(wǎng)膜前，到達(dá)視網(wǎng)膜時已經(jīng)不是一點而是一個模糊的光斑了，所以近視眼看不清遠(yuǎn)處的物體．

(4)近視眼矯正：光屏移至視網(wǎng)膜位置，在(3)的基礎(chǔ)上在晶狀體模型前放一副近視眼鏡，發(fā)現(xiàn)光屏成像變清晰．

(5) 遠(yuǎn)視眼看近景：將“F”光源放在“近景”位置，將光屏放在視網(wǎng)膜位置，用注射器注水，注入200 ml的水，此時晶狀體凸度變小，變薄，發(fā)現(xiàn)光屏上清晰的成像又變模糊，將光屏向后移動，發(fā)現(xiàn)成像清晰，說明遠(yuǎn)視眼成像在視網(wǎng)膜之后．形成遠(yuǎn)視的原因是晶狀體太薄，折光能力太弱，或者眼球在前后方向上太短，因此來自近景的光還沒有會聚成一點就到達(dá)視網(wǎng)膜了，在視網(wǎng)膜上形成一個模糊的光斑，所以遠(yuǎn)視眼看不清近處的物體．

(6)遠(yuǎn)視眼矯正：在上一步的基礎(chǔ)上，在晶狀體模型前放一副遠(yuǎn)視眼鏡，發(fā)現(xiàn)光屏成像變清晰．

7教具優(yōu)點

(1)光源環(huán)保

用LED“F”光源代替蠟燭進(jìn)行實驗，環(huán)保、安全可靠、可重復(fù)使用．

(2)用水透鏡的一部分來模擬晶狀體，原理明了， 現(xiàn)象明顯

用水透鏡的一部分代替放大鏡來模擬晶狀體，學(xué)生可清晰地觀察到晶狀體的彎曲程度．當(dāng)注射器往水透鏡中注水、抽水時，水透鏡從圓洞中凸出去的部分薄厚變化非常明顯，教師不用過多描述，學(xué)生就可以通過觀察現(xiàn)象明白其中的道理．

(3)通過自制環(huán)形支架模擬眼球，學(xué)生可直觀觀察到近視眼、遠(yuǎn)視眼的成像位置.

當(dāng)模擬近視眼成像時，光屏在正方形洞前才能承接到清晰的像；當(dāng)模擬遠(yuǎn)視眼成像時，光屏在正方形洞后才能承接到清晰的像，學(xué)生通過觀察，能直觀感受到近視眼的像成在視網(wǎng)膜之前，而遠(yuǎn)視眼的像成在視網(wǎng)膜之后．

(4)注水、抽水方便快捷

筆者受潛水艇模型的啟發(fā)，采用硬管和注射器相連的方法，既實現(xiàn)了快速注水和抽水節(jié)約了實驗時間，又方便了實驗者進(jìn)行注水和抽水．

(5)晶狀體模型制作簡單

本教具不僅關(guān)鍵的器材(晶狀體模型)制作簡單而且更換方便，水透鏡破了更換新的氣球，注入水后即可投入使用．

8結(jié)語

偉大的物理學(xué)家麥克斯韋說過，“實驗的教育價值往往與儀器的復(fù)雜性成反比”．使用教具輔助教學(xué)，其目的是直觀，便于學(xué)生觀察，理解和記憶，減輕他們理解抽象知識的困難．

為達(dá)到這一目的，筆者在自制教具過程中，不斷改進(jìn)教具方案，起初曾用曲率不同的無色透明飲料瓶裝上水模擬晶狀體薄厚進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)成像不清晰，后又想到用焦距不同的圓底燒瓶模擬晶狀體的薄厚進(jìn)行實驗，雖然實驗現(xiàn)象明顯，但在實驗過程中需不停地更換燒杯，不便于學(xué)生觀察和理解，最后想到用球形水透鏡的一部分來模擬晶狀體進(jìn)行實驗．為使近視眼、遠(yuǎn)視眼的成像位置直觀，自制一個環(huán)形支架，可用它的一部分模擬視網(wǎng)膜的位置等．

這一次次改進(jìn)的動力歸功于“教具要簡單明了、直觀”這個制作理念．

The Causes of Myopia Eye and Hyperopia Eye and

Its correction Demonstration Instrument

Zhang Yuxia

(Xinjiang production and Construction Corps Second Middle School，Urumqi,Xinjiang830002)

Abstract：In recent years there are analyzed in the simulation of lens changeable thickness teacher's question.The causes of myopia and hyperopia and making correction method demonstration instrument、Use method and its advantages.In the modified simulation experiment,making teaching aids，When the water lens is found only in the sphere，To be clear on the light screen.

Keywords：homemade stent;spherical water lens;principle;obvious phenomenon

收稿日期：(2015-09-01)