Интегрированный урок по теме "Оптическая система глаза"

Тема: «Оптика. Оптическая система глаза».  8 класс Физика  Интеграция  Биология  Образовательные: сформировать  понятия: линза, оптический центр,  оптическая ось, фокус и фокусное  расстояние, рассмотреть ход лучей в  собирающей и рассеивающей линзе  выработать умения строить  изображения, даваемые линзами;  обеспечить усвоение формул тонкой  линзы и оптической силы.  Применение изученного материала для  решения задач.  Области использования оптических  законов. Цели урока: Для формирования у восьмиклассников  целостного видения вопроса  “Человеческий глаз как оптическая  система”, учителя физики и биологии  проводят интегрированный урок  “биология + физика”. Биологу при  уточнении хода лучей через прозрачную  среду глаза нужна помощь физика, а  учителю физики при изучении строения  глаза необходимы знания биологии.  Прочное усвоение знаний о гигиене  зрения, глазных болезнях невозможно без  глубоких знаний физики и биологии. Перед данным уроком учащиеся уже  изучили строение глаза на уроке  биологии, “Линзы” на уроке физики.  Образовательные: сформировать  понятия: аккомодация глаза,  близорукость, дальнозоркость,  коррекция зрения; повторить общий  план строения анализатора, в том  числе зрительного; повторить  морфологическое строение глаза,  показать, как возникает изображение  на сетчатке; на основе понятий о  строении и функциях глаза  сформулировать основные правила  гигиены зрения, обратив внимание на  распространённые заболевания глаз. Воспитательные: продолжить формирование таких качеств, как аккуратность, точность, внимательность для получения правильных результатов и выводов при построении графическим методом изображений, даваемых линзами; Развивающие: формировать умения применять полученные знания в изменённых и новых ситуациях. Основной материал:  Линзы, основные точки, линии. Собирающие и  рассеивающие линзы. Оптическая сила линзы. Единица измерения – диоптрия. Построение изображений,  даваемых линзами. Формула тонкой линзы. Линейное  увеличение. Глаз. Оптическая система глаза. Аккомодация.  Сетчатка, формирование изображения на сетчатке,  анализ информации в коре головного мозга.  Дефекты зрения. Коррекция зрения при помощи  линз. Оптические иллюзии. Организационный  Ставится цель урока, намечаются пути её достижения и указываются критерии её достижения. момент. Мотивация  учебной  деятельности. Формирование новых знаний. Линзы, основные точки, линии. Собирающие и  рассевающие линзы. Определения:           Линза (обычно изготавливаются из стекла); Тонкая линза – линза, толщина которой  значительно меньше радиусов  ограничивающих её сферические  поверхности; Выпуклая, вогнутая линзы; Главная оптическая ось; Оптический центр линзы; Главный фокус; Фокальная плоскость; Фокусное расстояние; Рассеивающая, собирающая линзы; Побочная оптическая ось. Прозрачные тела, ограниченные двумя сферическими  поверхностями (хотя бы одной…), называются  линзами. (Работа в группах) Середина толще, чем края. Глаз человека представляет собой сложную  оптическую систему. В зависимости от  интенсивности падающего света зрачок  рефлекторно изменяет свой диаметр  приблизительно от 2 до 8 мм. За зрачком находится хрусталик – эластичное линзоподобное тело.  Особая мышца может изменять в некоторых  пределах форму хрусталика, изменяя тем самым  его оптическую силу. Лучи света от предмета,  преломляясь на границе воздух–роговица, проходят далее через хрусталик (линзу с изменяющейся  оптической силой) и создают изображение на  сетчатке. Роговица, прозрачная жидкость, хрусталик и  стекловидное тело образуют оптическую систему,  оптический центр которой расположен на  расстоянии около 5 мм от роговицы.   Основная особенность глаза как оптического  инструмента состоит в способности рефлекторно  изменять оптическую силу глазной оптики в  зависимости от положения предмета. Такое  приспособление глаза к изменению положения  наблюдаемого предмета называется аккомодацией. (работа с программой, аккомодация) Область аккомодации глаза можно определить  положением двух точек:   дальняя точка аккомодации определяется  положением предмета, изображение  которого получается на сетчатке при  расслабленной глазной мышце. У  нормального глаза дальняя точка  аккомодации находится в бесконечности. ближняя точка аккомодации – расстояние  от рассматриваемого предмета до глаза  при максимальном напряжении глазной  мышцы. Ближняя точка нормального глаза располагается на расстоянии 10–20 см от  глаза. С возрастом это расстояние  увеличивается. Кроме этих двух точек, определяющих границы  области аккомодации, у глаза существует  расстояние наилучшего зрения, то есть расстояние  от предмета до глаза, при котором удобнее всего  (без чрезмерного напряжения) рассматривать  детали предмета (например, читать мелкий текст).  Это расстояние у нормального глаза условно  полагают равным 25 см. Середина тоньше, чем края. Геометрические  характеристики тонкой линзы:  О – оптический центр линзы;  MN – главная оптическая ось;  F – главные фокусы линзы;  Пл. F – фокальные плоскости;  АВ – побочная оптическая ось (их множество). Оптическая сила линзы, единица измерения. 1 дптр (диоптрий)  F=1 м → Известно, что мы "смотрим глазами, а видим  мозгом". Когда свет попадает на сетчатку,  колбочки и палочки возбуждаются. В зрительных  рецепторах возникают нервные импульсы. Они  обрабатываются нейронами сетчатки, а уж потом  возбуждение передается в головной мозг – в кору  больших полушарий. Здесь возникает зрительное  ощущение, и мы видим и опознаем предметы и их  взаиморасположение в пространстве. На сетчатке  появляется уменьшенное обратное изображение. Но мозг дает нам верную информацию: предметы  воспринимаются в прямом изображении и в  реальных размерах. Это возможно потому, что  наряду со зрительной информацией от сетчатки  идет информация от зрительных мышц. Мышцы  "обводят" контуры предметов. Мозг учитывает  масштаб уменьшения и движение глазных мышц.  Это дает возможность получить прямое и  натуральное восприятие объектов. (Работа в парах и индивидуально) Построение изображений, даваемых  линзами. Построение изображений в линзах. 1. Луч, || главной оптической оси после преломления проходит через фокус  линзы. 2. Луч, проходящий через  оптический центр не преломляется. 3. Луч, проходящий через фокус  после прохождения через линзу  становится || главной оптической  оси. d < F увеличенное прямое мнимое F < d < 2F При нарушении зрения изображения удаленных  предметов в случае ненапряженного глаза могут  оказаться либо перед сетчаткой (близорукость),  либо за сетчаткой (дальнозоркость). Расстояние наилучшего зрения у близорукого глаза  меньше, а у дальнозоркого больше, чем у  нормального глаза. Для исправления дефекта  зрения служат очки. Для дальнозоркого глаза  необходимы очки с положительной оптической  силой (собирающие линзы), для близорукого – с  отрицательной оптической силой (рассеивающие  линзы). Правильный подбор очков помогает  откорректировать зрение (вогнутые и выпуклые  линзы)  (работа с программой) Для наблюдения удаленных предметов оптическая  сила линз должна быть такой, чтобы параллельные  пучки фокусировались на сетчатке глаза. Глаз  должен видеть через очки мнимое прямое  изображение удаленного предмета, находящееся в  дальней точке аккомодации данного глаза. Следует отметить, что у дальнозоркого глаза  дальняя точка аккомодации мнимая, то есть  ненапряженный глаз фокусирует на сетчатке  сходящийся пучок лучей. Потому при  рассмотрении удаленных предметов очки для  дальнозоркого глаза должны превращать  параллельный пучок лучей в сходящийся, то есть  обладать положительной оптической силой. Очки для «ближнего зрения» (например, для  чтения) должны создавать мнимое изображение  предмета, находящегося на расстоянии d0 = 25 см  (то есть на расстоянии наилучшего зрения  нормального глаза), на расстоянии наилучшего  зрения данного глаза. Вследствие сужения области  аккомодации у многих людей очки для ближнего  зрения должны обладать большей (по модулю)  оптической силой по сравнению с очками для  рассматривания удаленных предметов. Когда все  шесть глазодвигательных мышц полностью  расслаблены, глаз действительно за счет  избыточного внутреннего давления принимает  форму шара, фокус хрусталика оказывается на увеличенное перевернутое действительное d > 2F уменьшенное перевернутое действительное d = 2F натуральное перевернутое действительное сетчатке, и такой расслабленный глаз прекрасно  видит вдаль. Но вот надо увидеть вблизи. Чтобы  увидеть вблизи, надо изменить параметры этой  оптической системы. И оказывается, для того,  чтобы увидеть вблизи, человек на самом деле  делает следующее. Он еще больше расслабляет  продольные мышцы и напрягает верхнюю и нижнюю поперечные, сверху и снизу встречно сжимает свой  глаз. А глаз­то у человека жидкий. За счет этого  сжатия он подается, вытягивается огурчиком  вперед, как объектив у фотоаппаратика. Фокус  уходит внутрь глаза, и такой вытянутый вперед глаз прекрасно видит вблизи. Надо человеку опять  увидеть вдаль — он моргает, расслабляет  поперечные мышцы, продольными глаз подтягивает, глаз снова приобретает форму шара, и он снова  прекрасно видит вдаль. Именно изучение зрительного анализатора легло в  основу создания и использования линз. Построение изображения в рассеивающей линзе (изображение всегда мнимое). (Работа в тетрадях) Отработка практических навыков. 4. Демонстрации.   (Используется прибор для изучения законов  геометрической оптики.)   Преломление света в линзах.  Формула тонкой линзы. ( вывод): d – расстояние от предмета до линзы, f – расстояние от линзы до изображения. ;   ;  Для рассеивающей линзы F и f нужно брать со знаком  «минус» Иллюзии зрения Чудес на свете не бывает? А может чудеса бывают? А обман зрения?! Глаз не всегда говорит нам  правду. И в этом не трудно убедиться. Когда мы  что­то видим, то обычно уверены, что наше  зрительное восприятие правильное. Иначе говоря,  мы доверяем своему зрению. Но, доверяя ему, при  проверке обнаруживаем, что наше суждение  ложное, обманчивое. И в жизни, и в физике опыт  помогает определить: на правильном ли пути мы  находимся. Например, мы часто допускаем ошибки, когда определяем размеры предмета на глаз.  (презентация иллюзия зрения). В 1896 г. американский психолог Дж. Стреттон  поставил эксперимент. Он надел специальные очки,  благодаря которым на сетчатке глаза изображения  окружающих предметов оказались не обратными, а  прямыми. И что же? Мир в сознании ученого  перевернулся. Все предметы он стал видеть вверх  ногами. Из­за этого произошло рассогласование в  работе с другими органами чувств. У ученого  появились симптомы морской болезни. В течение 3  дней он ощущал тошноту. На 4 сутки организм стал  приходить в норму, а на 5­й день Стреттон стал  чувствовать себя так же, как и до эксперимента.  Мозг ученого освоился с новыми условиями Линейное увеличение. Н – высота изображения, h – высота предмета. работы, и все предметы он снова стал видеть  прямыми. Но, когда снял очки, все опять  перевернулось. А уже через полтора часа зрение  восстановилось, и он стал видеть нормально. Любопытно, что подобная приспосабливаемость  характерна лишь для человеческого мозга. Когда в  одном из экспериментов обезьяне перевернули  такие же очки, то она получила стресс и, сделав  несколько шагов, впала в кому. Однако и  человеческий мозг не всегда может справиться с  анализом изображения на сетчатке глаза, вот тогда  и возникает иллюзия зрения, т.е. предмет кажется  не таким, каков он на самом деле. Зрительные иллюзии опасны для научных  сотрудников, которым в исследованиях приходится делать различные измерения. Они обусловлены тем, что нам легче делать поворот глаз в горизонтальном направлении, чем в вертикальном. Поэтому, если  перед глазами находятся горизонтальная и  вертикальная линия одной длины, то мы точнее  судим о длине горизонтальной линии, чем о линии  вертикальной, и невольно ошибаемся –  вертикальная линия кажется длинней  горизонтальной. Зрительное впечатление является световым  раздражителем сетчатки и зрительное восприятие  исчезает не сразу, а через 0,1 сек. Если зрительные  впечатления попадают в глаз менее, чем на 0,1 сек,  то они сливаются. На этом основано кино. Киносъемку выполняют так, что за 1 сек.  получается 30–300 кадров. При быстрой смене  изображений глаз сохраняет предыдущий. Целая  серия таких быстрых смен производит впечатление  движущегося изображения на экране.  Творение художника заставляет нас на миг  задуматься: «А что же перед нами изображено?».  Думайте! Фантазируйте! Самостоятельное  построение  учащимися  для случаев F < d < 2F, d = 2F, d > 2F