眼睛及其視力矯正原理的實驗探究

潘鎮(zhèn)高

摘 要：眼睛是心靈的窗口，人們正常的眼睛可以看清遠(yuǎn)近不同的物體，這是因為遠(yuǎn)、近的物體都能通過眼睛的晶狀體在視網(wǎng)膜上形成清晰的像。然而，如果用眼不科學(xué)，很容易導(dǎo)致“故障”眼睛，如“近視眼”或“遠(yuǎn)視眼”。

關(guān)鍵詞：視力矯正原理；實驗探究；生理原因

一、“近視眼”和“遠(yuǎn)視眼”的視物原理

“近視眼”只能看清近在眼前的物體，而看不清離眼睛較遠(yuǎn)的物體。這是因為“近視眼”只能將離眼睛較近的物體的像清晰地呈現(xiàn)在視網(wǎng)膜上，而離眼睛較遠(yuǎn)的物體經(jīng)眼睛所成的像落在視網(wǎng)膜的前方，在視網(wǎng)膜上呈現(xiàn)的是模糊的像，所以看不清離眼睛較遠(yuǎn)的物體。

“遠(yuǎn)視眼”只能看清離眼睛較遠(yuǎn)的物體，而看不清近在眼前的物體。這是因為“遠(yuǎn)視眼”只能將離眼睛較遠(yuǎn)的物體的像清晰地呈現(xiàn)在視網(wǎng)膜上，而離眼睛較近的物體經(jīng)眼睛所成的像落在視網(wǎng)膜的后方，在視網(wǎng)膜上呈現(xiàn)的也是模糊的像，所以看不清離眼睛較近的物體。

二、“近視眼”和“遠(yuǎn)視眼”的生理原因

“近視眼”形成的原因：一方面是由于眼睛的晶狀體變厚，導(dǎo)致對光線的折光能力變強，焦距變短，結(jié)果使得離眼睛較遠(yuǎn)的物體所成的像落在視網(wǎng)膜的前方。另一方面是由于眼球前后徑變長，視網(wǎng)膜離晶狀體較遠(yuǎn)，結(jié)果遠(yuǎn)物的像就會落在視網(wǎng)膜的前方。視網(wǎng)膜上只能呈現(xiàn)模糊的像。

“遠(yuǎn)視眼”形成的原因：一方面是由于眼睛的晶狀體變薄，導(dǎo)致對光線的折光能力變?nèi)酰咕嘧冮L，結(jié)果使得離眼睛較近的物體所成的像落在視網(wǎng)膜的后方。另一方面是由于眼睛的眼球前后徑變短，視網(wǎng)膜離晶狀體較近，結(jié)果近物的像就會落在視網(wǎng)膜的后方。視網(wǎng)膜上也只能呈現(xiàn)模糊的像。

三、“近視眼”和“遠(yuǎn)視眼”矯正原理的實驗探究

<實驗器材>

光具座、光屏、凸透鏡①（f1=5 cm）、凸透鏡②（f2=10 cm）、凹透鏡、蠟燭和火柴。

<實驗方法分析>

模擬眼睛的主要結(jié)構(gòu)，用一只凸透鏡①當(dāng)作眼睛的晶狀體，用光屏當(dāng)作眼睛的視網(wǎng)膜，點燃的蠟燭當(dāng)作眼睛前面的物體。先在當(dāng)作晶狀體的凸透鏡①前（靠近蠟燭一側(cè)）加放另一只凸透鏡②，調(diào)節(jié)點燃的蠟燭和光屏的位置，直到光屏上呈現(xiàn)清晰的像；然后，移走加放的這只凸透鏡②，保持蠟燭的位置不動，再調(diào)節(jié)光屏的位置，直到光屏上再次呈現(xiàn)清晰的像，比較兩次像距的大小關(guān)系，分析得出凸透鏡的矯正功能。再用同樣的方法，在當(dāng)作晶狀體的凸透鏡①前（靠近蠟燭一側(cè)）加放一只凹透鏡，探究凹透鏡的矯正功能。

<實驗探究過程>

1.在光距座上依次放置光屏、凸透鏡①（f1=5 cm）和點燃的蠟燭，并調(diào)節(jié)它們的中心高度，使得燭焰的中心、凸透鏡的光心、光屏的中心都在同一水平高度上。（凸透鏡①（f1=5 cm）當(dāng)作眼睛的晶狀體）

2.在凸透鏡①（f1=5 cm）前加放另一只凸透鏡②（f2=10 cm），調(diào)節(jié)點燃的蠟燭和光屏到凸透鏡①（f1=5 cm）之間的距離，直到光屏上呈現(xiàn)清晰的像，記錄此時物距u1和像距v1的大小。

3.移走加放的凸透鏡②（f2=10 cm），保持點燃的蠟燭位置不動，調(diào)節(jié)光屏到凸透鏡①（f1=5 cm）之間的距離，直到光屏上再次呈現(xiàn)清晰的像，記錄此時物距u2和像距v2的大小。

4.在凸透鏡①（f1=5 cm）前加放一只凹透鏡，調(diào)節(jié)點燃的蠟燭和光屏到凸透鏡①（f1=5 cm）之間的距離，直到光屏上呈現(xiàn)清晰的像，記錄此時物距u3和像距v3的大小。

5.移走加放的凹透鏡，保持點燃的蠟燭位置不動，調(diào)節(jié)光屏到凸透鏡①（f1=5 cm）之間的距離，直到光屏上再次呈現(xiàn)清晰的像，記錄此時物距u4和像距v4的大小。

<實驗分析與論證>

實驗記錄的數(shù)據(jù)如下表：

實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)物距一定時，在當(dāng)作眼睛的晶狀體的凸透鏡①前加放另一只凸透鏡②時像距較小，移去加放的凸透鏡②后像距較大，表明加放的凸透鏡②能將像距較大的像拉近，所以用凸透鏡制成的眼鏡能對“遠(yuǎn)視眼”起矯正功能，這種眼鏡只要“度數(shù)”合適就能將視網(wǎng)膜后方的像向前移到視網(wǎng)膜上呈現(xiàn)清晰的像，從而看清楚比較近的物體。物距一定時，在當(dāng)作眼睛的晶狀體的凸透鏡①前加放一只凹透鏡時像距增大，移去加放的凹透鏡后像距減小，表明加放的凹透鏡能將像距較小的像推遠(yuǎn)，所以用凹透鏡制成的眼鏡能對“近視眼”起矯正功能，這種眼鏡只要“度數(shù)”合適就能將視網(wǎng)膜前方的像向后移到視網(wǎng)膜上呈現(xiàn)清晰的像，從而看清楚比較遠(yuǎn)的物體。

參考文獻(xiàn)：

范永梅.實驗探究能力培養(yǎng)的現(xiàn)狀與反思[J].物理實驗，2009（2）.