“用变焦水透镜模拟眼球成像原理”的创新实验

生物学教学2020年（第45卷）第5期・67・&用变焦水透镜模拟眼球成像原理（
的创新实验
李勇（山东省曲阜市杏坛中学济宁273100）
摘要用可变焦水透镜来模拟眼睛晶状体，通过推、拉注射器活塞改变水透镜内的水量，来改变水透镜的曲度和焦距。

该装置改进了教材中用凸透镜模拟眼睛晶状体的曲度和焦距不能连续改变的不足,同时避免了凸透镜与白板的距离因物距改变要随时调整的缺点。

关键词水透镜可变焦眼睛晶状体模拟装置
教材为学生提供了探索学习眼球如何成像的科学知识，但这一节内容比较抽象、不易理解。

为了增加学生对这部分知识的直观体验$教材中设计了一个探究活动一模拟眼球的成像原理[1]o在该项活动中，教材中是以焦距固定的普通凸透镜模拟晶状体进行演示，以此说明眼球成像原理与晶状体之间的关系。

但实验效果不尽理想,实验后仍有学生较难理解“观察远近不同的物体时，晶状体曲度是如何变化与调节的”。

为了提高学生学习的兴趣和教学效果,笔者对实验和教学过程进行创新设计,利用焦距可变的水透镜来进行演示，以便让学生直观地看到眼球是如何成像的以及与晶状体调节之间的关系[2]%
1展示变焦水透镜成像装置
（1）介绍眼球成像原理演示器中各器材的名称：带刻度的滑动轨道、F光源（网上有售）、变焦水透镜（网上有售）、白板、注射器（图1）。

（2），F光源”由右侧的开关控制，内有一节5号电池供电。

（3）演示变焦水透镜的做法：向内推动注射器活塞来增加水透镜内的水量，水透镜的曲度（外凸）变大、焦距变小。

向外拉动注射器活塞来减少水透镜内的水量，水透镜的曲度变小、焦距变大。

用止水夹夹住注射器与水透镜之间的软管可以临时固定水透镜的曲度和焦距。

（4），F光源”和白板要与变焦水透镜的光轴在一条直线上,三者相对平行,利于成像。

（5）固定好变焦水透镜与白板之间距离约为25mm,把F光源放置在距离水透镜30mm左右的位置上，打开开关。

之所以固定三者之间的位置，是为了后面再学习近视与远视的成因及矫正时预留好适当的操作距离。

（6）推拉注射器活塞改变变焦水透镜内水量来改变水透镜的曲度和焦距,直到在白板上看到一个倒立的“F”像,再用止水夹夹紧注射器与水透镜之间的橡胶软管，这样水透镜的曲度和焦距就暂时固定下来了（图1）。

让学生思考：前面已经了解了眼球的结构及各结构的功能，如果“F光源”是眼睛观察的外界物体，那么水透镜和白板分别相当于眼球中的什么结构？教师出示眼球的结构图并与装置图进行对比让学生回答。

图1改进后的装置
2用变焦水透镜成像模拟眼球成像原理
（1）要求每个学生小组按图1顺序组装好实验装置，注意三者的相对位置,实验过程中水透镜与白板之间的距离保持不变。

（2）请学生注意观察水透镜曲度大小的变化。

（为了增加学生模拟眼球成像的成功率,最初教师要在水透镜内预留的水要少些，这样曲度小些。

）
（3）向左移动“F光源”，选择两处不同的位置，注意观察白板上的像还清晰吗？如何调节呢？（拉动注射器的活塞减少变焦水透镜内的水量来减小水透镜的曲度。

）
要是向右移动“F光源”，注意观察白板上的像还清晰吗？又如何调节呢？请选择两处不同的位置尝试一下。

（推动注射器的活塞增加变焦水透镜内的水量来增大水透镜的曲度。

）
思考：依据上述远近视物的情况，人眼睛晶状体的曲度是在看远处的物体时大,还是在看近处的物体时大？（晶状体的曲度在人眼睛看远处的物体时小，
看
-68-生物学教学2020年(第45卷)第5期以胞间CO&为指标的光合速率探讨
李江肃王志刚(浙江省金华市汤溪中学金华321075)
摘要本文以光合作用中常见的胞间30为切入点,解释了其含义、影响因素,并讨论了在不同情况下胞间30和光合速率的关系。

关键词胞间30气孔导度光合速率
在对光合作用的考查设计中，最常用的一个指标是胞间CO；%因教材或相关资料中没有明确胞间CO；的具体定义,所以在对胞间CO?为指标的光合作用分析时,常有一些疑问困扰％本文结合教学实践对其中一些疑问进行了探讨。

1胞间CO&的概述
1.1胞间C02的定义胞间C02常被简单地认为是细胞与细胞间的C()2浓度大小。

其实按照光合生理学的描述应该是C()2同化速率与气孔导度的比值。

1.2影响胞间C()2的因素据相关研究发现，胞间C02的大小取决于植物周围空气中的C02浓度、叶片的气孔导度、叶肉导度和叶肉细胞的光合活性。

在这4个影响因素中，叶肉导度用于表征C()2从气孔下腔进入到叶绿体直至被核酮糖二磷酸羧化酶固定这一路径的阻力，是限制叶绿体中C02浓度进而影响光合速率的重要生理参数。

诸多植物测定结果大都表明空气的C()2浓度增高、气孔导度、叶肉导度增大和叶肉细胞的光合活性降低都可以导致胞间C(0的增高;反之，则导致胞间C()2的降低。

由于叶肉导度仅在足够小的前提下才会显著影响胞间C()2的大小[1]，又因植物周围的C()2浓度基本上恒定不变,所以绝大多数情况下，胞间C()2反映的是其与气孔导度和叶肉细胞的光合活性两者之间的关系％
2胞间CO&与光合速率
2.1未加其他变量下的胞间CO2与光合速率的关系
是指在研究植物的光合作用时,只考虑如温度、光照、C()2浓度和水分等常规外因。

例1(2016年四川理综)三倍体西瓜由于含糖量高且无籽，备受人们青睐。

下图是三倍体西瓜叶片净光合速率(P h,以CO；吸收速率表示)与胞间C()2(Ci)的日变化曲线，以下分析正确的是()
A.与11:00时相比,13:00时叶绿体中合成C3的速率相对较高
B.叶片的P h先后两次下降，主要限制因素分别
*■9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9*"9
近处的物体时大。

)
拓展提升：如果有人正在观察一辆由远及近疾驶而来的汽车，晶状体的曲度如何变化？(晶状体的曲度由小变大。

)
(4)引导学生总结：外界物体发出的光线进入人的眼睛后，最终成像位置是在视网膜上;人的眼睛之所以能看清楚远近的物体，与晶状体曲度的调节有关:看远处的物体时曲度小，看近处的物体时曲度大，当看一个物体由远及近时晶状体的曲度由小变大。

外界物体反射来的光线*角膜*房水*瞳孔*晶状体*玻璃体*视网膜(形成物像)*视神经*大脑皮层的视觉中枢(形成视觉)。

成像于视网膜，形成视觉于大脑皮层的视觉中枢。

3改进后变焦水透镜成像装置的优点
(1)改为变焦水透镜后，可以通过推拉注射器的活塞改变变焦水透镜内的水量来连续改变水透镜的曲度和焦距，由此克服了原装置的不足。

(2)教材原使用蜡烛做为眼睛观察的外界物体,学生在使用时会涉及到用火安全，且成像效果也不理想;改为使用“F光源”后，用开关即可控制，方便、快捷、安全和成像效果好。

(3)通过推动或拉动注射器的活塞改变变焦水透镜内的水量来连续改变水透镜的曲度和焦距大小，可以让学生直观地观察到水透镜模拟的晶状体的曲度改变对视网膜上成像的影响，有利于学生对眼球成像原理的理解。

主要参考文献
[1]赵彦修，张可柱，王宪国.生物学七年级(下)[M].济南：济
南出版社，2018：91-94.
[2]中华人民共和国教育部.义务教育生物课程标准！2011年版)
[M].北京：北京师范大学出版社，2012： 1.
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