眼睛与视力矫正实验的创新设计与制作

洪家旺

摘 要：八年级物理《眼睛与视力矫正》中的眼睛成像的原理、近视眼和远视眼的矫正实验存在着实验操作难度大、实验现象不明显等不足，给教学带来了很大的困难.为了降低教学难度，提高学生学习的兴趣和教学效果，必须对实验进行创新设计.本文对眼睛与视力矫正实验的创新设计的背景和基本思路、可变焦水透镜的制作、使用说明和注意事项、实验的优点等方面进行了阐述.

关键词：眼睛 视力矫正 可变焦水透镜

一、实验设计的背景和基本思路

1．实验设计的背景

《眼睛与视力矫正》是沪科版八年级物理第四章《多彩的光》第六节的内容，教材用凸透镜模拟眼睛的晶状体.在实际教学中，若用凸透镜模拟眼睛的晶状体，在探究眼睛成像的原理时，要使远近不同的物体的像成在光屏上，就要换用不同焦距的凸透镜来实现，由于器材限制，在实际操作中很难找到一个焦距刚好的凸透镜，要使像清晰地成在光屏上，就要改变凸透镜与光屏的距离，这与眼睛的实际调节也不相符.演示近视眼和远视眼晶状体形状改变引起焦距变化时，也只能换用不同焦距的凸透镜来实现，晶状体形状变化无法演示；探究近视眼和远视眼的矫正也很难把像准确成在视网膜上.总之，用教材提供的实验器材进行实验，操作难度大，实验效果不明显，凸透镜的焦距不能连续改变，这给实际教学带来很大的困难.

2．实验设计的基本思路

用可变焦水透镜模拟眼睛的晶状体，同时，用可变焦水透镜代替凸透镜和凹透镜矫正近视眼和远视眼，通过推或拉注射器的活塞改变水透镜的焦距，改进了教材用凸透镜模拟眼睛晶状体的焦距不能改变以及用凹透镜和凸透镜矫正近视眼和远视眼焦距不能连续改变的不足.

二、可变焦水透镜的制作

1．器材

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

2．制作

（1）模拟晶状体的水透镜的制作

截取一段长为28.0mm的水管（外径21.0mm），在管壁打一小孔，把注射器（规格5ml）的针嘴插入小孔，使针嘴与小孔紧密连接（可以用胶水把它们粘住），把水管浸没在水中，往外拉注射器的活塞（拉一半左右），用橡皮膜把整个水管封装起来，用橡皮筋固定.

（2）代替凸透镜和凹透镜矫正视力的水透镜的制作

用长度为13.0mm、外径为33.0mm的水管和注射器（规格10ml），制作方法同上.

三、实验装置图

如图1所示.

四、实验应用的科学方法、科学原理

1．科学方法：等效替代法、模拟法.

2．科学原理：帕斯卡原理、压强、凸透镜成像规律、凸透镜的会聚作用、凹透镜的发散作用.

五、使用说明及注意事项

1. 使用说明

（1）眼睛成像的原理模拟实验

把蜡烛、水透镜和光屏摆好（光屏到水透镜的距离大概为9cm）.改变蜡烛到水透镜的距离（蜡烛到水透镜的距离为12~26Bcm）,推或拉注射器的活塞（在这个过程中，不能移动水透镜和光屏），使光屏上的像清晰.

结论：眼睛成像的原理和凸透镜成像的原理一样，是通过改变晶状体的焦距使远近不同的物体成像在视网膜上的.

（2）近视眼和远视眼的矫正模拟实验

步骤1：把蜡烛、水透镜和光屏摆好，移动蜡烛，使蜡烛到水凸透镜的距离较小（较大），推或拉注射器的活塞，使光屏上的像清晰.这表示近视眼（远视眼）能看清近处（远处）的物体.

步骤2：把蜡烛远离水透镜移动一定距离，光屏上的像变得模糊，保持物距和像距不变.这表示近视眼（远视眼）看不清远处（近处）的物体.

用水透镜加在水透镜前面，并推或拉注射器的活塞，直到光屏上出现明亮、清晰烛焰的像，记下透镜的类型.

实验记录：在近视眼（远视眼）模型前加一个合适的______透镜，能改善物体在“视网膜”上的成像情况.

结论：近视眼可以用凹透镜矫正；远视眼可以用凸透镜矫正.

2.注意事项

（1）封装橡皮膜时，应在水面下进行，避免出现空气泡.

（2）封装橡皮膜最好在实验前1天以内，避免橡皮膜弹性变差影响实验效果.

（3）在推或拉注射器活塞时，用力要轻，速度要慢.

六、实验的优点

与课本实验相比，改进后的实验有下列特点：

（1）水透镜的焦距可以连续改变，实验操作难度降低.用可变焦水透镜代替凸透镜形象地模拟了眼睛的晶状体，同时，用可变焦水透镜代替凸透镜和凹透镜矫正近视眼和远视眼，通过推或拉注射器的活塞改变水透镜的焦距，改进了教材用凸透镜模拟眼睛晶状体的焦距不能改变以及用凹透镜和凸透镜矫正近视眼和远视眼焦距不能连续改变的不足，极大地降低了教材实验的操作难度，教学效果显著.（2）实验形象、生动，操作简单，现象明显，便于学生实验、观察.本实验能形象、逼真地模拟眼睛成像的原理以及近视眼和远视眼的矫正过程，操作简单，现象明显，便于学生实验和观察，真正能达到让学生经历探究物理现象的过程，使学生在探究物理现象的学习过程中发现问题、分析问题和解决问题，达到提高学生的观察能力和主动探究的学习能力的目的，比教材中提供的实验的教学效果好.（3）取材便利，制作简单，成本低廉，便于推广使用.本实验的器材全部来源于生活中常见的物品，制作工艺特别简单，成本2元左右，很容易普及、推广使用.

［责任编辑：黄春香］