Интегрированный урок по физике и биологии "Глаз как оптическая система"

Разделы: Физика


Тип урока: интегрированный (физика – биология – информационные технологии) урок изучения нового материала с элементами самостоятельной исследовательской работы.

Задачи урока:

  • рассмотреть строение и свойства глаза;
  • работу глаза как оптической системы;
  • объяснить дефекты зрения и возможную профилактику и коррекцию этих дефектов;
  • закрепить умение пользоваться ресурсами сети Интернет;
  • интегрировать и обобщать знания из различных областей знаний;
  • ставить вопросы и находить ответы;
  • формировать умение работать коллективно, давать взаимооценку.

<Приложение>

План урока:

  1. Постановка задач урока (3–4 мин). Обратить внимание на личностную значимость темы урока "Зрение".
  2. Объяснение нового материала:
    а) рассмотреть строение глаза с точки зрения биологии;
    б) глаз – оптическая система.
  3. Практическое задание. На персональных компьютерах определить оптическую силу линзы.
  4. Подведение итогов. Интересные факты о зрении в животном мире, Оптические иллюзии.
  5. Домашнее задание.

Ход урока

1. “ Мы смотрим не глазами, а мозгом”, – говорят физиологи.90% всей информации люди получают через глаза. В древности глазам приписывали всевозможные мистические свойства. Глаза часто символизировали смысл и суть жизни, их считали амулетами и оберегами. Древние греки рисовали красивые вытянутые глаза на носу кораблей, а египтяне на пирамидах изображали всевидящее око бога Ра.

2. Задание. С помощью рамок на которые натянута обычная марля прочитать текст. Вопрос: что мы видим? Почему одновременно невозможно видеть текст и нити марли? Обсуждение задания. Человек видит не глазами, а посредством глаз, откуда информация передается через зрительный нерв, зрительные тракты в определенные области затылочных долей коры головного мозга, где формируется та картина внешнего мира, которую мы видим. Все эти органы и составляют наш зрительный анализатор или зрительную систему. Глаз можно назвать сложным оптическим прибором. Его основная задача – "передать" правильное изображение зрительному нерву.

3.

4. Повторение строение глаза.

Роговица – прозрачная оболочка, покрывающая переднюю часть глаза. В ней отсутствуют кровеносные сосуды, она имеет большую преломляющую силу. Входит в оптическую систему глаза. Роговица граничит с непрозрачной внешней оболочкой глаза – склерой. Передняя камера глаза – это пространство между роговицей и радужкой. Она заполнена внутриглазной жидкостью.

Радужка – по форме похожа на круг с отверстием внутри (зрачком). Радужка состоит из мышц, при сокращении и расслаблении которых размеры зрачка меняются. Она входит в сосудистую оболочку глаза. Выполняет ту же функцию, что диафрагма в фотоаппарате, регулируя светопоток.

Зрачок – отверстие в радужке. Его размеры обычно зависят от уровня освещенности. Чем больше света, тем меньше зрачок.

Хрусталик – "естественная линза" глаза. Он прозрачен, эластичен – может менять свою форму, почти мгновенно "наводя фокус", за счет чего человек видит хорошо и вблизи, и вдали. Располагается в капсуле, удерживается ресничным пояском. Хрусталик, как и роговица, входит в оптическую систему глаза.

Стекловидное тело – гелеобразная прозрачная субстанция, расположенная в заднем отделе глаза. Стекловидное тело поддерживает форму глазного яблока, участвует во внутриглазном обмене веществ. Входит в оптическую систему глаза.

Сетчатка – состоит из фоторецепторов (они чувствительны к свету) и нервных клеток. Клетки-рецепторы, расположенные в сетчатке, делятся на два вида: колбочки и палочки. В этих клетках, вырабатывающих фермент родопсин, происходит преобразование энергии света (фотонов) в электрическую энергию нервной ткани, т.е. фотохимическая реакция.

Палочки обладают высокой светочувствительностью и позволяют видеть при плохом освещении, также они отвечают за периферическое зрение. Колбочки, наоборот, требуют для своей работы большего количества света, но именно они позволяют разглядеть мелкие детали (отвечают за центральное зрение), дают возможность различать цвета. Наибольшее скопление рецепторов находится в центральной ямке (желтое пятно), отвечающей за самую высокую остроту зрения. Сетчатка прилегает к сосудистой оболочке, но на многих участках неплотно. Именно здесь она и имеет тенденцию отслаиваться при различных заболеваниях сетчатки.

Склера – непрозрачная внешняя оболочка глазного яблока, переходящая в передней части глазного яблока в прозрачную роговицу. К склере крепятся шесть глазодвигательных мышц. В ней находится небольшое количество нервных окончаний и сосудов.

5. Обратимся к физике. Как уже прозвучало: хрусталик – "естественная линза" глаза. Вспомним, то такое линзы, какие вы знаете линзы и их характеристики? Вогнутые и выпуклые. Оптическая сила линзы: D = 1/F. Измеряется в диоптриях. Где F – фокусное расстояние. Фокусное расстояние можно вычислить с помощью формулы тонкой линзы:

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. При расслабленной глазной мышце оптическая сила глаза приблизительно равна 59 дптр, при максимальном напряжении мышцы – 70 дптр. 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.

У глаза существует расстояние наилучшего зрения, т. е. 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.

При нарушении зрения изображения удаленных предметов в случае ненапряженного глаза могут оказаться либо перед сетчаткой (близорукость), либо за сетчаткой (дальнозоркость) (рис. 3.4.2).

Построим ход луча для нормального глаза и для глаз, имеющие дефекты.

Какой способ на ваш взгляд существует для исправления дефектов?

Выводы: 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).

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. Если, например, дальняя точка аккомодации близорукого глаза находится на расстоянии 80 см, то применяя формулу тонкой линзы получим:

d = ∞,  f = –0,8 м, следовательно,   дптр.

Выполнение практического задания. Открыть лабораторную работу “ Изучение свойств собирающей линзы”, определить фокусное расстояние собирающей линзы и сделать выводы.

6. Подведение итогов. Домашнее задание (обязательное – параграф учебника, по выбору – сообщение-презентация на 3–4 слайда по темам "Интересные факты о зрении в животном мире" и "Оптические иллюзии").

26.04.2009