照相机与眼睛 视力的矫正

照相机与眼球视力的矫正
【教材解读】
本节是第四章的重要组成部分，是凸透镜成像规律和透镜对光的作用的综合应用，本节把眼睛作为一种光学仪器，从眼睛的构造、成像原理、眼睛的调节作用逐步展开，在介绍眼睛的调节作用后，进一步引出了视力缺陷原因及其矫正的方法。

从知识结构来看，本节教材实际是上一节知识的延伸和应用.在教材处理上，本节先将眼球与照相机实行比较，把凸透镜成倒立、缩小的实像这个理论知识，以照相机作为传递桥梁，迁移到眼球成像这个具体应用中.然后介绍视力的缺陷，并通过一个简易的学生探究活动，揭示视力的矫正办法.教材这样处理，体现了课标“从物理走向社会”的思想.这样既能让学生使用凸透镜成像规律的知识解释视力缺陷的成因，又能引起学生注意，形成自觉保护视力的良好习惯.
【课程标准分析】
课程标准要求：了解凸透镜成像规律的应用
课程标准解读：通过对本节内容的学习，了解照相机和眼球成像的基本原理，在此基础上进一步了解近视眼和远视眼的成因及其娇正办法.并能以之作为指导，在思想上提升理解，逐渐养成自觉保护视力的良好习惯。

【教法、学法分析】
本节课的课题是照相机与眼睛、视力的矫正，首先针对照相机这部分知识，在之前讲凸透镜成像规律的应用时，学生已经对照相机的成像原理熟练掌握，所以照相机这里我没有再做演示实验以及过多的讲解，而是直接让学生对比照相机和眼球的成像，从而说明眼睛其实是一架高级可变焦照相机，甚者比照相机更精密、复杂。

第一部分是模拟眼睛成像，通过对比照相机如何使远近不同的物体落在胶片上，让学生提出质疑：眼睛看远近不同的物体和照相机的调节一样吗？
学生想到眼睛的像距是不能改变的，进而思考是否能够通过改变眼球的厚度（既改变眼球的焦距）来成清晰的像，为了让这部分知识更容易理解，我在讲透镜这节课时做过这样的实验，让学生观察同种材质、薄厚水准不同的凸透镜对光的偏折水平不同，焦距长短不同，学生对这个结论记忆也比较深刻。

所以教师在平时上课中一定要注重前后知识的连贯性，这样才能更好的将知识融会贯通，还有就是能通过实验得到的结论坚决不要让学生死记硬背，任何知识点的掌握都不如一场实验来的记忆深刻。

实验的第二部分是：模拟近视眼和远视眼的成因以及视力的矫正。

在实验前先让学生根据自身体会，明白近视眼是因为平时用眼不当，眼睛长期看近处物体导致晶状体太厚造成，再通过实验操作验证，并得出近视眼的成像在视网膜的前面这个结论。

另外，实验中的注意事项的：比如，三者的位置不能动，矫正时凸透镜薄厚不变等，原打算不提醒，学生在遇到问题时反思，讨论，后来试讲的时候，发现，实验时学生思维混乱，还是因为学生层次没达到一定高度，因材施教吧！
在讲解视力的矫正这部分知识时，我没有直接通过图片讲解让学生来理解近视眼利用凹透镜的发散，远视眼是利用凸透镜的会聚使成像重新落在视网膜上，而是给学生分别提供了一组凸透镜和凹透镜，让他们自己先判断透镜的类型再去探究如何选择合适的透镜矫正，最后实行讨论小结将知识整合到一起。

【教学目标】
知识与技能
1.对比照相机和眼睛了解眼睛的构造和眼睛视物的基本原理
2.了解眼睛如何看远近不同的物体
3.了解近视眼、远视眼的成因及矫正方法
过程与方法
1.组织学生通过探究实验：利用水透镜模拟眼镜成像原理、了解矫正视力的方法，以及近视眼和远视眼的成因
2、组织学生阅读、查资料，了解一些常见的光学仪器的工作原理
情感、态度与价值观
1、有主动与他人交流与合作的意识
2、有自觉保护视力的意识
【教学重点、难点】
【重点】近视眼、远视眼的形成原因及矫正方法
【难点】探究实验过程
课时安排课时：1课时
【教学过程】
引入新课：
师：首先请同学们看一组照片，这是哪里？
生：西安大雁塔，城墙，回民街，兵马俑，大唐芙蓉园..........
师：我们的家乡很美，一方水土养一方人，这个美是通过眼睛来感受的，眼睛对我们人类来说非常重要，带着我们去感受家乡的美，你们了解眼睛吗？人眼睛是如何来获得信息来感知这个美丽的世界呢？
实行新课
一、眼睛成像原理
动脑思考1：观察眼球结构模型
师：我们在生物课上学过眼睛模型，眼球最外面这层是睫状体，睫状体实际上是肌肉，眼球最前面是角膜，角膜里面是晶状体，眼球最主要部分就是晶状体，晶状体能够像肌肉一样收缩，变薄或者变厚。

思考：
1）角膜和晶状体相当于什么光学元件？
师：眼球后面是视网膜，上面是感光细胞，通过眼镜构造，你怎么能看到成像，（成像在视网膜）
2）视网膜相当于什么？
3）观察人眼成像原理，类似于我们前面学过的什么原理？我们前面学习过凸透镜成像的应用，记得吗？眼睛成像相当于前面学习的哪个应用？
师：我们知道：晶状体和角膜共同作用，相当于凸透镜，也相当于照相机的镜头
视网膜相当于光屏，相当于照相机的底片。

对比眼睛和照相机：如图
人眼成像原理：当u>2f,f<v<2f,成倒立缩小的实像。

动脑思考2：人眼所成的像是倒立的，而我们感受到的像怎么是正立的呢？
科学家发现，在视网膜成的像正如照相机底片成像，确实是一个倒立的影响，但是经过视神经传递到大脑皮质后，经过视觉中枢的处理、解读，把“倒像”纠正过来。

眼睛是很神奇的。

动脑思考2：照相机成像与眼睛成像有没有不同点呢？
师：照相机如何使远近不同的物体在底片成清晰的像？
生：通过改变相距，物近像远像增大，高级照相机可调节焦距。

师：人眼如何使远近不同的物体在视网膜上成清晰的像？
人看近处的物体，根据物近像远，视网膜要向后移，看再近的物体，视网膜从脑后壳出来了。

事实上，晶状体和视网膜的距离会变吗？
那么眼睛靠什么调节才能使远近不同的物体在视网膜上成一个清晰的像?
之前我们做过实验，给大家得出了结论，凸透镜的薄厚变化会引起什么变化？（复习演示实验）
生：靠改变焦距
2、探究活动一：模拟眼睛成像实验
实验操作一：
接下来我们通过实验来探究，眼睛看远近不同的物体是如何实行自我调节的？
探究活动一（模拟眼睛成像实验）
1）介绍实验器材：（教师讲解操作）这是光聚座，上面依次放置F光源（开关在）用它来代表物体，移动光源，分别移近或移远物体，这是水透镜，我们用它代表眼睛和晶状体，这是光屏，用它代表视网膜。

视网膜在真实的眼睛中能来回移动吗？所以实验中光屏和水透镜的位置不变，大家现在慢慢向水透镜里面注水，发现水透镜变厚还是变薄？向外慢慢抽水呢？即：用注射器改变晶状体的厚度，模拟眼球晶状体变化，这里老师要声明一下，真正的眼睛是靠睫状体的收缩，使晶状体变厚或者薄。

2）实验步骤：
观察正常眼睛----正视眼
晶状体厚度靠两边的睫状肌调节，
当看近处的物体时，晶状体变厚，焦距变短，折光水平变强,原来折到视网膜前面，现在刚好折到视网膜上。

看远处物体时，晶状体变薄，折光水平变弱，原来折到视网膜后面，现在刚好折到视网膜上。

1、将物体放在某一位置，调节注射器，使光屏得到清晰的像，代表我们的眼睛能看见该处的物体，而且是清晰的。

现在我让物体原理水透镜，代表远处的物体，观察光屏上的像还清晰吗？此时眼睛要实行调节，调节晶状体的厚度，向外抽水或向内注水，调节水透镜厚度，请同学们仔细观察，看远处的物体，晶状体的厚度如何变化，你在调节的过程中是注水还是抽水，使水透镜变厚还是变薄。

2、将物体靠近水透镜，观察像还清晰吗，这时我们要模拟眼睛的晶状体要实行自我调节，使光屏上重新得到清晰的像，注意观察，调节的过程中，水透镜的厚度变化。

我们以四位同学为一组，希望大家分工合作，体验实验过程，体会成功的快乐。

小结：眼睛相当于高级自动变焦的高级照相机，，通过改变晶状体厚度来改变焦距（折光水平改变）。

使远近不同的物体落在视网膜上。

看近处的物体时,晶状体自动变厚,其折光水平变强;看远处的物体时,晶状体自动变薄,其折光水平变弱。

即像距不变，当物距减小(或增大)时，增大(或减小)晶状体的曲度以减小(或增大)焦距，使物体在视网膜上成清晰的像。

二、视力的缺陷和矫正
1、近视眼成因及其矫正
调查班上的近视眼，有谁是玩手机形成的能够调节
请后面一位戴眼镜的同学摘下眼镜，感觉一下这个世界的模糊（毛绒玩具），你希望我走远点还是离近些，我根据她看物体的特点判断她是近视眼，即：近视眼看不清楚远处的物体，她看不清楚远处的物体看不清楚的原因是什么？眼球不能正常调节。

探究活动二：
当眼镜看近处物体会变得圆圆的，如果你长时间看近处的物体，像有的同学看书快把书吃了，时间久了你就会形成一双与众不同的眼睛，晶状体就不能变薄，一直又厚又圆。

就像胖子想变瘦是非常不容易的。

思考：像在视网膜的后面还是前面，我们用实验来验证：
操作：打开开关，将物体放在较远地方，调节注射器，改变水透镜的厚度，使光屏上得到清晰的像，代表正常眼睛能够看清楚远处物体的情况。

现在模拟近视眼的情况，慢慢向内注水，使水透镜变厚，比正常情况还要厚，观察光屏，上面的像还清晰吗？
像在视网膜前面还是后面呢？移动光屏，向前移动光屏还是向后移动光屏，使光屏能够呈清晰的像，说明像在视网膜的前面。

近视眼折光水平一直很强，看近处物体能够。

但是看远处物体，本来折光水平要变弱才能够看到，但是近视眼已经不具备这个功能了，成像在视网膜的前方。

（画图）
要想看清楚物体成像，视网膜能够向前移动，但是视网膜不能动
师：你们觉得应该用什么样的镜片来矫正?
生：带眼镜（方法很多，常见的方法带眼镜），眼睛的镜片有两种，我们给近视眼镜配什么样的镜片呢？
师：给每组同学准备了两种透镜，分别把透镜放在水透镜前面，移动透镜，观察光屏上能不能得到清晰的像，如果能够得到清晰的像，我们就能够判断这个镜片做成的眼镜能否帮他矫正视力。

讨论回答：近视的成因是因为晶状体太厚，折光水平太强，使像成的视网膜的前面，实际上
眼球前后方向过长而使像呈在视网膜的前面，也能造成近视，实验告诉我们，近视眼是用什么镜做的。

利用凹透镜对光的什么作用矫正视力呢？
利用凹透镜的发散作用使像呈在视网膜上，能看清楚远处物体。

2、远视眼成因及其矫正
同学们有没有注意我们周围的老爷爷和老奶奶看报纸是怎么样的，谁来模仿一下，即：看看不清楚近处的物体，猜想：是因为晶状体过什么，（和近视眼应该相反？）
远视眼的折光水平过强还是过弱，成像在视网膜的前面还是后面。

探究活动三：
三、视力保护
据统计：国家有将近百分之50的的中学生是近视，这个比例很高，所以保护眼睛刻不容缓，为了增强我们的爱眼意识，我国把6月6日定为全国爱眼日，少数近视眼是因为遗传造成的，但绝大部分近视是因为不良习惯造成的，哪些不良习惯是我们的眼睛近视呢
教学反思：
下来我简单将这节课的设计介绍如下，本节课是继学生掌握、理解凸透镜成像规律后的一个重要应用，按照过去以往的教学设计，因为实验器材的限制，本节课设计为演示实验或多媒体教学方式。

但在新时期、新政策下，物理这门课对学生提出了更高的要求、特别要求学生有较强的实验动手水平和开拓思维水平。

所以我将这节课设计成了学生分组实验。

整体设计分为三个部分：
1、器材设计
最开始我器材是这样选择的：准备多个焦距不同的凸透镜，通过更换透镜模拟眼球的自动变焦，但是因为实验操作太过麻烦，学生因为更换透镜而中断成像变化，会造成理解困难，通过实验对学生掌握本节知识反而适得其反。

如何让学生充分理解物理知识的抽象概念，不能总是拿课本一些相对老套的实验实行传统化得反复教学，所以创新实验、自制实验教具是必不可少的。

我想到了制作水透镜，可能还是因为经验不足，经过多次尝试最终都以失败告终，比如漏水问题、橡皮膜不易绷紧、现象不明显等等，于是我想能否买现成的实验教具完成本节课教学任务，加紧在淘宝采购了一批加工好的水透镜，才能使今天的实验得以顺利完成。

另外，本次改进的实验器材还有一个，就是蜡烛，在之前探究凸透镜成像实验中，因为要反复移动蜡烛，有学生因为操作失误，导致蜡油滴在手上，造成烫伤，而且蜡烛也会越烧越短导致成像大小变化，所以这次实验我统一将蜡烛换成发光的LED小灯构成的字母F光源，确保了实验的安全性和准确性。

2、实验设计操作
本节课的课题是照相机与眼睛、视力的矫正，首先针对照相机这部分知识，在之前讲凸透镜成像规律的应用时，学生已经对照相机的成像原理熟练掌握，所以照相机这里我没有再做演示实验以及过多的讲解，而是直接让学生对比照相机和眼球的成像，从而说明眼睛其实是一架高级可变焦照相机，甚者比照相机更精密、复杂。

本节课的重点是通过实验操作：模拟眼睛成像以及视力的矫正，实验总体分为两部分，第一部分是模拟眼睛成像，通过对比照相机如何使远近不同的物体落在胶片上，让学生提出质疑：眼睛看远近不同的物体和照相机的调节一样吗？
学生想到眼睛的像距是不能改变的，进而思考是否能够通过改变眼球的厚度（既改变眼球的焦距）来成清晰的像，为了让这部分知识更容易理解，我在讲透镜这节课时做过这样的实验，让学生观察同种材质、薄厚水准不同的凸透镜对光的偏折水平不同，焦距长短不同，学生对这个结论记忆也比较深刻。

所以教师在平时上课中一定要注重前后知识的连贯性，这样才能更好的将知识融会贯通，还有就是能通过实验得到的结论坚决不要让学生死记硬背，任何知识点的掌握都不如一场实验来的记忆深刻。

实验的第二部分是：模拟近视眼和远视眼的成因以及视力的矫正。

在实验前先让学生根据自身体会，明白近视眼是因为平时用眼不当，眼睛长期看近处物体导致晶状体太厚造成，再通过实验操作验证，并得出近视眼的成像在视网膜的前面这个结论。

另外，实验中的注意事项的：比如，三者的位置不能动，矫正时凸透镜薄厚不变等，原打算不提醒，学生在遇到问题时反思，讨论，后来试讲的时候，发现，实验时学生思维混乱，还是因为学生层次没达到一定高度，因材施教吧！
在讲解视力的矫正这部分知识时，我没有直接通过图片讲解让学生来理解近视眼利用凹透镜的发散，远视眼是利用凸透镜的会聚使成像重新落在视网膜上，而是给学生分别提供
了一组凸透镜和凹透镜，让他们自己先判断透镜的类型再去探究如何选择合适的透镜矫正，最后实行讨论小结将知识整合到一起。

另外，眼球前后方向过长而使像呈在视网膜的前面，也能造成近视，在下节课复习时可根据情况让学生了解
本节课主要思想理念是：
一、根据教育部制定的中小学实验教学基本目录和操作指南，物理课要开足开齐实验课程，组织好基础实验和拓展实验，在以后的教学过程中，要创新实验教学，将学生实验丰富化、常态化，让学生在实验中获取知识，在探究中获取水平，也能够举行学生实验技能竞赛，让学生重视实验，促动学生的全面发展。

二、对于老师来说，课堂还是要还给学生，尤其是实验课，充分放手让学生去完成。

不能用“黑板实验”“多媒体课件”代替实验探究过程，否则学生会缺失发现问题和寻求解决办法的的重要思维过程。

总来说之通过本节课讲解以及实验操作，相信同学们一定对眼睛这部分知识有了充分的了解，对视力的保护有了一定的理解和重视。

精析精练
重点难点突破
一、照相机与眼球的构造和原理
人眼就像一架照相机，其中角膜和晶状体相当于一个凸透镜，视网膜相当于光屏，眼睛通过睫状肌的伸缩来改变晶状体的曲度从而改变晶状体焦距，使物体的像刚好在视网膜上。

二、近视眼、远视眼的成因及其矫正近视眼及其娇正（如下图所示）
产生近视眼的原因是晶状体太厚，折光水平太强，或者眼球在前后方向上太长，所以来自远处某点的光会聚在视网膜前，到达视网膜时已经不是一点而是一个模糊的光斑（如上图甲）.利用凹透镜能使光线发散的特点，在眼睛前面放一个凹透镜，就能使来自远处物体的光会聚在视网膜上.（如上图乙）.
远视眼及其矫正（如下图所示）
产生远视眼的原因是晶状体太薄，折光水平弱，或者眼球在前后方向上太短，所以来自近处一点的光还没有聚成一点就到达视网膜了，在视网膜上形成一个模糊的光斑（如上图甲）.利用凸透镜能使光会聚的特点，在眼睛前面放一个凸透镜，就能使来自近处物体的光会聚在视网膜上（如上图乙）。

典型例题分析：
题型1 照相机与眼球的构造和原理
【例1】用照相机照相时，物体在胶片上成的像是（）
A.正立的实像
B.倒立的实像
C.正立的虚像
D.倒立的虚像
解析：照相机是利用凸遗镜成倒立、缩小的实像的原理制。

答案B
【例2】人用眼睛观察一个物体，例如观察一棵树，其光学原理就像如图所示的一根蜡烛通过凸透镜成像在光屏上一样，就相当于图中的蜡烛，人的眼球的_____相当于凸透镜_____就相当于光屏，这棵树在人的眼球的视网膜上形成______缩小的实像。

解析：眼球中的晶状体和角膜的共同作用相当于凸透镜，来自物体的光经晶状体和角膜在视网膜上形成倒立，缩小的像，视网上的视神经加把这个信号传给大，人就看到了这个物体，题中的树相当于蜡烛，视网膜相当于光屏。

题型2 近视眼、远视眼的成因及其娇正
【例3】某同学在学习时制作了个眼球模型，如右图所示，模型中的凸透镜相当于晶状体，烧瓶的后壁相当于视网膜，烧瓶里放有一种透明液体表示玻璃体，则该图表示的眼球模
型和应采取的矫正措施分别是（）
A.远视眼模型，用凸透镜矫正
B.近视眼模型，用凹透镜娇正
C.近视眼模型，用凸透镜矫正
D.远视眼模型，用凹透镜矫正
解析：从中能够看到远处来的平行光线会聚在视觉=网膜前，即远处景物的像只能成在视网前，这是近视眼模型，应用凹透镜来矫正，使远处景物的傢能调节到视网膜上。

答案B
律展小结：近视眼的眼球折光水平太强，来自远处景物的光线会聚在视同膜前方，应戴凹透镜矫正，远视眼眼球折光水平太弱，来自近处景物的光线会聚在视网膜后方，应带凸透镜正。

答案：B
【例4】某校同学在学习了眼睛和眼镜的内容后，想通过实验探究近视眼的形成原因，他们选择了如下器材：蜡烛、用薄膜充入水后制成的水凸透競（与注射器相连，注射器里有少量水光屏等，水凸透镜的厚薄能够通过注射器注入、吸取水的多少来调节，其装置如下图所示：
（1）在此实验装置中，______ 相当于人眼球中的晶状体______相当于人眼球中的视网膜（2）请你用此实验装置探究近视眼的成因，要求写出实验过程.
解析：（1）人的眼球像一台照相机，其晶状体相当于凸透镜，它把物体的光会最在视网膜上，形成倒立缩小的实像.故“模拟眼睛“的装置中，水透镜相当晶状体，光屏相当于视网膜。

（2）近视眼的成因主要是晶状体过于凸，故在探究”近视眼成因”的实验中，先“模拟正常眼成像于视网膜”再向水透凸透镜中注水，光屏上的像前移看不清；最后将蜡烛靠近水凸
透镜，光屏上又能看到清像，这样，就验证了“近视眼的成因”。

答案（1）水凸透镜光屏
2）①按如图所示将蜡烛、水凸透镜，光屏依次摆放在一条直线上，并保持大致在同一高度，调节水凸透镜的位置使蜡烛在光屏上成清晰的像；②向水凸透镜中注水，使晶状体变厚，观察光屏上所成蜡烛的像将变得不清晰；③将蜡烛向水凸透镜靠近观察到光屏上会再次出现清晰的像。

规律总结：眼睛是靠睫状体调节晶状体厚度使远近不同的物体成像在视网膜上，看远处的物体时，睫状体变松，晶状体变薄；看近处的物体时，睫状体收，晶状体变厚.
题型3 人体中锌含量的高低和近视的关系
【例5】有研究发现人体中锌含量的高低和近视的发生相关（人体中锌含量的高低能够通过测定空腹时血清中的锌含量来确定），若要研究这二者的相关性，请你设计完成下面的研究过程：
（1）将同校同年级的同学按分为两组；
（3）比较血清中锌含量的高低和近视的相关性.
解析：要探究人体中锌含量的高低和近视的发生是否相关，就要测定近视患者与非近视患者空腹时血清中的锌含量的高低，并比较，如果只测一个近视患者和一个非近视患者的锌含量是不足以说明问题的，所以要多测一些.这样就要把同校同年级的同学按是否近视分为两组，分别测定他们空腹时血清中的锌含量，之后再比較血清中锌含量的高低和近视的相关性。

答案：（1）是否近视（2）分别测定他们空腹时血清中的锌含量
方法指导：这是一道实验探究题，探究过程中要注意根据探究的课题设计实验方案，实验的方案要紧扣课题。

规律方法总结
1.近视眼和远视眼最显著的区别是：
近视眼晶状体太厚，远处的物体的像会成在视网膜的前方；远视眼晶状体太薄，近处的物体的像会成在视网膜的后方。

2.近视眼和远视眼的矫正：
近视眼对光的偏折（会聚）水平太强，所以要用发散透镜（凹透镜）来矫正；
远视眼对光的偏折（会聚）水平太弱，所以要用会聚透镜（凸透镜）来矫正。