眼睛與視力矯正實驗的創新設計與制作

洪家旺

摘 要：八年級物理《眼睛與視力矯正》中的眼睛成像的原理、近視眼和遠視眼的矯正實驗存在著實驗操作難度大、實驗現象不明顯等不足，給教學帶來了很大的困難.為了降低教學難度，提高學生學習的興趣和教學效果，必須對實驗進行創新設計.本文對眼睛與視力矯正實驗的創新設計的背景和基本思路、可變焦水透鏡的制作、使用說明和注意事項、實驗的優點等方面進行了闡述.

關鍵詞：眼睛 視力矯正 可變焦水透鏡

一、實驗設計的背景和基本思路

1．實驗設計的背景

《眼睛與視力矯正》是滬科版八年級物理第四章《多彩的光》第六節的內容，教材用凸透鏡模擬眼睛的晶狀體.在實際教學中，若用凸透鏡模擬眼睛的晶狀體，在探究眼睛成像的原理時，要使遠近不同的物體的像成在光屏上，就要換用不同焦距的凸透鏡來實現，由于器材限制，在實際操作中很難找到一個焦距剛好的凸透鏡，要使像清晰地成在光屏上，就要改變凸透鏡與光屏的距離，這與眼睛的實際調節也不相符.演示近視眼和遠視眼晶狀體形狀改變引起焦距變化時，也只能換用不同焦距的凸透鏡來實現，晶狀體形狀變化無法演示；探究近視眼和遠視眼的矯正也很難把像準確成在視網膜上.總之，用教材提供的實驗器材進行實驗，操作難度大，實驗效果不明顯，凸透鏡的焦距不能連續改變，這給實際教學帶來很大的困難.

2．實驗設計的基本思路

用可變焦水透鏡模擬眼睛的晶狀體，同時，用可變焦水透鏡代替凸透鏡和凹透鏡矯正近視眼和遠視眼，通過推或拉注射器的活塞改變水透鏡的焦距，改進了教材用凸透鏡模擬眼睛晶狀體的焦距不能改變以及用凹透鏡和凸透鏡矯正近視眼和遠視眼焦距不能連續改變的不足.

二、可變焦水透鏡的制作

1．器材

PVC水管（外徑21.0mm和33.0mm）、橡皮膜、橡皮筋、注射器（規格5ml和10ml）、水.

2．制作

（1）模擬晶狀體的水透鏡的制作

截取一段長為28.0mm的水管（外徑21.0mm），在管壁打一小孔，把注射器（規格5ml）的針嘴插入小孔，使針嘴與小孔緊密連接（可以用膠水把它們粘住），把水管浸沒在水中，往外拉注射器的活塞（拉一半左右），用橡皮膜把整個水管封裝起來，用橡皮筋固定.

（2）代替凸透鏡和凹透鏡矯正視力的水透鏡的制作

用長度為13.0mm、外徑為33.0mm的水管和注射器（規格10ml），制作方法同上.

三、實驗裝置圖

如圖1所示.

四、實驗應用的科學方法、科學原理

1．科學方法：等效替代法、模擬法.

2．科學原理：帕斯卡原理、壓強、凸透鏡成像規律、凸透鏡的會聚作用、凹透鏡的發散作用.

五、使用說明及注意事項

1. 使用說明

（1）眼睛成像的原理模擬實驗

把蠟燭、水透鏡和光屏擺好（光屏到水透鏡的距離大概為9cm）.改變蠟燭到水透鏡的距離（蠟燭到水透鏡的距離為12~26Bcm）,推或拉注射器的活塞（在這個過程中，不能移動水透鏡和光屏），使光屏上的像清晰.

結論：眼睛成像的原理和凸透鏡成像的原理一樣，是通過改變晶狀體的焦距使遠近不同的物體成像在視網膜上的.

（2）近視眼和遠視眼的矯正模擬實驗

步驟1：把蠟燭、水透鏡和光屏擺好，移動蠟燭，使蠟燭到水凸透鏡的距離較小（較大），推或拉注射器的活塞，使光屏上的像清晰.這表示近視眼（遠視眼）能看清近處（遠處）的物體.

步驟2：把蠟燭遠離水透鏡移動一定距離，光屏上的像變得模糊，保持物距和像距不變.這表示近視眼（遠視眼）看不清遠處（近處）的物體.

用水透鏡加在水透鏡前面，并推或拉注射器的活塞，直到光屏上出現明亮、清晰燭焰的像，記下透鏡的類型.

實驗記錄：在近視眼（遠視眼）模型前加一個合適的______透鏡，能改善物體在“視網膜”上的成像情況.

結論：近視眼可以用凹透鏡矯正；遠視眼可以用凸透鏡矯正.

2.注意事項

（1）封裝橡皮膜時，應在水面下進行，避免出現空氣泡.

（2）封裝橡皮膜最好在實驗前1天以內，避免橡皮膜彈性變差影響實驗效果.

（3）在推或拉注射器活塞時，用力要輕，速度要慢.

六、實驗的優點

與課本實驗相比，改進后的實驗有下列特點：

（1）水透鏡的焦距可以連續改變，實驗操作難度降低.用可變焦水透鏡代替凸透鏡形象地模擬了眼睛的晶狀體，同時，用可變焦水透鏡代替凸透鏡和凹透鏡矯正近視眼和遠視眼，通過推或拉注射器的活塞改變水透鏡的焦距，改進了教材用凸透鏡模擬眼睛晶狀體的焦距不能改變以及用凹透鏡和凸透鏡矯正近視眼和遠視眼焦距不能連續改變的不足，極大地降低了教材實驗的操作難度，教學效果顯著.（2）實驗形象、生動，操作簡單，現象明顯，便于學生實驗、觀察.本實驗能形象、逼真地模擬眼睛成像的原理以及近視眼和遠視眼的矯正過程，操作簡單，現象明顯，便于學生實驗和觀察，真正能達到讓學生經歷探究物理現象的過程，使學生在探究物理現象的學習過程中發現問題、分析問題和解決問題，達到提高學生的觀察能力和主動探究的學習能力的目的，比教材中提供的實驗的教學效果好.（3）取材便利，制作簡單，成本低廉，便于推廣使用.本實驗的器材全部來源于生活中常見的物品，制作工藝特別簡單，成本2元左右，很容易普及、推廣使用.

［責任編輯：黃春香］