师:同学你好,下面由我和您一起学习初中物理沪科版八年级第四章第六节神奇的眼睛。首先,我们来看一看你学习任务单中复习的情况。当物体在2倍焦距以外时,成像的性质是缩小、倒立的实像,这是它的光路图。当物体在距离凸透镜一倍焦距和2倍焦距之间时,成像性质是放大、倒立的实像,这是它的光路图。当物体在距离凸透镜一倍焦距以内时,它的成像性质是放大、正立的虚像,这是它的成像光路图。你都答对了吗?
再来看,这是国家卫健委发布的中国眼健康白皮书,调查显示,2018年全国儿童青少年总体近视率高达53.6%。那么,近视眼是如何形成的?我们又该如何预防和矫正呢?要了解这些问题,我们先来学习人眼视物的原理。
这是人眼的结构示意图。其中晶状体相当于凸透镜,视网膜相当于光屏,人眼视物就相当于凸透镜成像。那么外界的景物在人眼的视网膜上形成的是什么样的像呢?一般情况下,人眼的焦距大约是1.5厘米到1.7厘米,正常人眼的明视距离大约是25厘米。根据这些信息,请你想一想我们前面所学的内容,这个时候物体应该在凸透镜的什么范围内?对,它应该在二倍焦距以外。那么根据我们之前所学的知识可知,当物体在2倍焦距以外时,它的成像性质是呈倒立、缩小的实像。因此视网膜上的像是倒立、缩小的实像。视网膜上有大量的视觉神经,视觉神经将信号传给大脑,经过大脑的处理,我们就形成了视觉。
再根据我们前面所学的知识,我们知道当物体距离凸透镜远近不同时,它的像距离凸透镜也是远近不同的。在实验中我们需要通过调节光屏的位置来找到清晰的像,那么人眼是如何使远近不同的物体都能够在视网膜上成像的呢?下面我们通过一个动画一起来了解一下这个过程。
通过刚刚的视频我们可以发现,正常人的眼睛是通过调节晶状体的厚度,使远近不同的景物在视网膜上成清晰的像。正常人的眼睛具有很强的自我调节本领,可以使远近不同的物体都能够在视网膜上成像,所以我们既可以看清远处的物体,又可以看清近处的物体。
那么在现实生活当中,也有一些人因为先天因素、用眼过度、视觉疲劳、光污染等原因,导致人眼的自我调节功能下降,从而使得晶状体较凸或者较平。下面我们通过实验来模拟这两种情况会带来怎样的视力缺陷。
我们先来看一看晶状体变凸会带来怎样的视力缺陷。假设这是正常人眼的视物情况,凸透镜相当于晶状体,光屏相当于人眼的视网膜。当晶状体变凸,也就是凸透镜焦距变小后会怎么样呢?我们用焦距是5厘米的凸透镜代替10厘米的凸透镜来试试看会怎么样?
我们发现此时光斑的像已经变模糊了,那么清晰的像在哪里呢?我们来找找看。清晰的像落在了视网膜的前方。通过刚刚的视频我们发现,当晶状体变凸,也就是凸透镜的焦距变小以后,它对光线的汇聚能力变强,实验发现像落在了视网膜的前方,那么这种视力缺陷我们称之为近视眼。
那么近视眼的矫正方法很多,其中戴眼镜就是最常见的一种方法。根据近视眼的形成原因,你猜想近视眼应该佩戴什么样的眼镜来进行矫正呢?老师可以给你一点提示,它的形成原因是晶状体变凸,对汇聚能力变强导致的,也就是说我们要进行矫正,应该要佩戴具有发散作用的凹透镜。那么这个猜想对不对呢?我们一起再通过实验来验证一下。
这是刚刚的实验情况,我们来探究一下在凸透镜前再放置一块凹透镜像会如何移动。通过实验我们可以发现,在凸透镜前再放置一块凹透镜,会使得像向远离凸透镜的方向移动。通过实验我们发现在凸透镜前再放置一块凹透镜,它会使得原来凸透镜所成的像后移,因此,近视眼可以通过佩戴合适的凹透镜来进行矫正。
那么晶状体变平又会带来怎样的视力缺陷呢?我们也通过实验来模拟一下。假设这是正常人眼的视物情况。当晶状体变平,也就是凸透镜的焦距变大后会怎么样呢?我们用焦距是15厘米的凸透镜来代替10厘米的凸透镜,试试看会怎么样?
此时我们发现光屏上已经没有像了,那么清晰的像在哪里呢?我们来找找看。通过实验我们发现清晰的像落在了视网膜的后方。通过刚刚的实验模拟,我们发现当晶状体变平,也就相当于凸透镜的焦距变大了,它对光线的汇聚能力将会变弱,像落在了视网膜的后方。这种视力缺陷我们称之为远视眼。
那么远视眼又该佩戴什么样的透镜来进行矫正呢?请你思考一下。老师也给你一个提示,远视眼的形成是晶状体变平、汇聚能力不足所导致的,所以我们猜想应该佩戴对光线有汇聚作用的凸透镜。那么我们的猜测对不对呢?我们再通过实验来模拟一下。
这是某次Tobii眼动成像实验情况,我们在凸透镜前再放置一块凸透镜探究像将会如何移动。通过实验我们发现,在凸透镜前再放置一块凸透镜,它会使得原来凸透镜所成的像向前移动。因此远视眼可以通过佩戴合适的凸透镜来进行矫正。
除了眼睛之外,人们还利用凸透镜成像的原理制成了许多光学仪器,拓展了我们人肉眼的功能。下面我们一起来认识一下这些神奇的眼睛。
这是放大镜。通过观察图片,你可以看到放大镜所成像的特点是什么,并完成下面的表格。通过刚才的观察,我们可以看到放大镜所成的像是正立、放大的虚像,那么根据我们之前所学的知识,此时物体应该在凸透镜的一倍焦距以内。这是它的成像光路图。
这是照相机的模型。它有机身、镜头,其实镜头就是一块凸透镜,胶片的位置是一块毛玻璃,相当于我们之前实验中用到的光屏。这是老师用照相机模型观察远处景物时拍的一张照片。请你观察照片,看一看远处的景物在照相机的底片上形成了什么样的像,并完成下面的表格。它所成像的性质是倒立、缩小的实像。那么根据我们之前所学的知识,此时物体应该在凸透镜的2倍焦距以外。这是它的成像光路图。
