Цели урока:
- Образовательные
- Формирование понятий “аккомодация глаза”, “близорукость, дальнозоркость”.
- Обеспечение в ходе урока повторения законов геометрической оптики и строения глаза.
- Формирование умений решать творческие задачи с элементами изобретений.
- Воспитательные
- Формирование в ходе урока идей познаваемости мира.
- Обращение внимания на гигиену зрения и указание элементарных мер предосторожности по сохранению хорошего зрения.
- Продолжение формирования умений: выполнение измерений, пользование таблицами, проведение простых экспериментов.
- Развивающие
- Приобщение к процессу рационализаторства и изобретательства, дальнейшее формирование приемов логической деятельности.
- Отработка элементов дедуктивного метода познания. Развитие эмоций учащихся путем создания в ходе урока состояния удивления, занимательности, парадоксальности.
ПЛАН УРОКА
1. Введение.
- Сказка “Кто как видит”.
2. Основная часть.
- Строение глаза (биология).
- Основные положения оптики.
- Строение глаза (физика).
- Лабораторные работы (слепое пятно, хрусталик, зрачок).
- Близорукость и дальнозоркость.
- Компьютерная модель (определение близорукости).
- Цветоощущение.
3. Закрепление материала.
- Вопросы на повторение по биологии и физике.
4. Итоги урока.
- Защита проекта “Глаз как оптический прибор”.
- Гимнастика для глаз.
- Гигиена глаз.
ХОД УРОКА
Учитель биологии: На прошлых уроках мы изучили строение органа зрения человека. Мы увидели, что это сложная система. В ходе эволюции глаз совершенствовался и приобретал новые функции и формы. Сейчас мы вспомним зоологию, вспомним, какие глаза имеют разные животные. Для этого мы прослушаем сводку новостей с лесной поляны.
Сказка: “КТО КАК ВИДИТ”
Действие 1
Студия телепрограммы “Новости”. Стрекоза, Лев, Крот-Холмс.
Стрекоза. Здравствуйте, уважаемые телезрители. В эфире “Новости”. Главные события дня. По итогам переписи населения 2005–2006 гг. В Марийском лесу выявлена недостача одной мышки-коротышки. Это таинственное исчезновение потрясло весь лес. В связи с этим трагическим событием с официальным обращением выступает король леса – Лев.
Лев. Здравствуйте, жители моего леса. В первую очередь я хочу передать соболезнования родственникам. Я обещаю, что мы обязательно найдем и накажем преступников. Это дело я поручил легендарному сыщику Кроту-Холмсу.
Стрекоза. Спасибо, уважаемый Лев. Ну, а сейчас, мы бы хотели увидеть и услышать Холмса. (Кроту) Здравствуйте!
Крот. Добрый вечер. Итак, дорогие друзья, вы, наверное, хотите задать мне вопрос: Как такой слепой, как я, может быть гениальным сыщиком? Да, я слепой, но мне не нужно зрение, чтобы быть гениальным сыщиком, у меня есть инстинкт, и я хорошо улавливаю звуки. У зверей, ведущих подземный образ жизни, глаза недоразвиты, а то и вообще заросли кожей. С этими способностями я быстро найду Мышку-коротышку.
Стрекоза. А вы не знаете, что могло повлиять на таинственное исчезновение Мышки.
Крот. Ни что, а кто. Мне кажется, это зверь с очень хорошим зрением. Мы используем хитрость, чтобы его поймать.
Действие 2
На сцене Лев.
Лев. Все жители моего королевства, я объявляю кастинг конкурса “Зоркий глаз”. Всех прошу прийти сегодня на главную поляну.
Действие 3
Сцена на главной поляне.
Помощник режиссера. Прошу тишины! Внимание, внимание! Начинаем! Итак. Первая восьмерка участников!
Выходят все участники кастинга
Пом. режиссера. Участник №1
Все начинают вставать как бы на место первого номера.
Пом. режиссера. Прошу тишины! Какая разница, кто, где встанет. Все равно всем все хорошо видно. Начинайте.
Пчела. Я – Пчела. Мы насекомые видим … ну неважно, лично я вижу чуть-чуть хуже человека в сто раз! А мелкая плодовая мушка – даже в тысячу раз!
Стрекоза (вмешиваясь). Вы наверное, не знаете, что насекомые (показывает на пчелу) не могут закрыть глаза, даже спят с открытыми глазами. И вообще глаз насекомого очень сложно устроен. Вот у меня он состоит из маленьких глазков – шестигранных ячеек, называемых по-научному – фасетками. А у меня их двадцать восемь тысяч фасеток.
Пчела (перебивая). Острота зрения у насекомых слабая. И чтобы вовремя заметить движение, нужны сложные глаза. А это очень важно, скажем, для нее. (Кивает на стрекозу).
Стрекоза. У пчелы, как и у большинства насекомых, кроме сложных (фасеточных) глаз есть еще и простые глазки. Но если закрыть чем-нибудь сложные глаза пчелы, оставив только простые, она ведет себя как слепая. А если прикрыть простые глаза, пчела вполне нормально видит фасеточными глазами, только медленнее реагирует на изменения вокруг, так сказать, хуже соображает.
Пчела. Я тебе дам – хуже соображает!
Сом. А про меня забыли. Я тоже хочу. У нас в подводном мире нет яркого света и видимость даже в самой чистой воде невысока. Поэтому рыбам нет надобности “настроить глаза на резкость” для дальних расстояний – все равно приходится все предметы рассматривать вблизи…
Акула. Вот-вот, одно слово – близоруки. Успокаивает, что не мы одни – звери водные: бобр, ондатра, выдра – тоже близоруки.
Стрекоза. Конечно, разве такими глазами что-нибудь можно увидеть?! У вас же глаза как на разных полюсах.
Сом. Ну и что. Люди видят своими глазами одно изображение, т.е. у них в мозгу отражается единая картинка. А у рыб глаза расположены по бокам головы, поэтому у них – две разные картинки.
Акула. А кроме этих двух изображений у многих рыб есть еще и третье, которое они видят впереди себя сразу обоими глазами – неширокое пространство бинокулярного зрения. В отличие от бокового – монокулярного.
Обезьяна. А у меня, как у человека и совы, зрение бинокулярное.
Хамелеон. Подумаешь, бинокулярное. Вот таких глаз, как у меня, ни у кого нет. Глаза у меня совершенно независимы друг от друга в своих движениях. Я могу смотреть одним глазом, например, вперед и вверх, а другим – назад и вниз. Перед броском языка я свожу оба глаза на добыче.
Лягушка. У меня тоже глаза удивительные. Они помогают мне проглатывать добычу. Схватив добычу, я начинаю моргать, погружаясь в рот, глазные яблоки проталкивают пищу в пищевод.
Стрекоза. Фи, а я-то думала, что ты от удовольствия жмуришься.
Орел. Самые зоркие существа на земле – птицы! Орлы, ястребы, соколы и другие хищные птицы и видят почти в восемь раз лучше человека.
Хамелеон. Да ну, не может быть!
Орел. Да. Не только дальше, но и замечая гораздо больше мелких деталей. У птиц самые совершенные глаза из всех животных. Ведь им важно не только внимательно наблюдать за окружающей летной обстановкой, но и мгновенно “настраивать глаз” с дальних предметов на близкие.
Пом. режиссера. Внимание, внимание! Подведение итогов!!!
На сцену выходит Крот-Холмс, а за ним Лев. Все испугались.
Лев (Кроту). Теперь вы можете сказать, кто из них злодей?
Крот. Я долго вас слушал там за сценой. Вы знаете, что вчера пропала Мышка-Коротышка. И мы этот кастинг придумали, чтобы узнать, кто виновен. Сначала мое подозрение пало на Акулу.
Акула. Да как вы смеете! Я не питаюсь мышами.
Крот. Не волнуйтесь. Потом я подумал, что это обезьяна.
Обезьяна (падает в обморок). Ах!
Лев. Ну, все же, не тяните. Кто?!
Крот. Орел!
Орла хватают за руку.
Орел. Это не я, это не я.
Обезьяна приходит в себя.
Обезьяна. Это он, это он. Он себя так расхваливал.
Стрекоза. Да мы тут все хвалились.
Вбегает Мышь, запыхавшаяся.
Мышь. Подождите меня, подождите, не начинайте. Я только с парохода, к бабушке в Чувашский лес ездила. Я тоже хочу на кастинг.
Все звери, с удивлением, смотрят на Мышь, а потом на Крота.
Мышь. Что такое, что вы смотрите.
Крот. Ну … ну это… ну извиняюсь, господин Орел.
Лев. Господин Орел… Мы тут посовещались… извините… господин Орел, Вы стали победителем нашего кастинга.
Крот исчезает.
Все звери. УРА!!!
Конец.
Учитель биологии: Таким образом, мы увидели, что самыми зоркими являются глаза птиц. А как же функционирует наш глаз? Тема нашего сегодняшнего урока: “Функции органов зрения. Гигиена зрения”
Строение глаза (биология)
Но прежде чем говорить о функциях, мы повторим
строение глаза. На экране перед вами названия
различных структур глаза. Вы должны выбрать
правильные ответы на мои вопросы. (Приложение)
Проверка происходит в режиме самооценки.
Кроме параграфа о строении глаза вам было задано
на дом, по желанию, выучить строение глаза в
стихотворной форме.
Орган зрения – это глаз
В нем три оболочки
Та, что белая снаружи
Назовем белочной
Так прозрачна впереди –
Со стеклом сравнится
Эту часть ее зовем
Просто роговица
Слой второй – в нем есть сосуды
Впереди он радужка
В ней отверстие зрачок
И пигменты разные
За зрачком у нас хрусталик
Он меняет кривизну
И поэтому мы видим
И вблизи, и за версту
Свет легко в глаз проникает
Все в округе видно мне
Ведь в глазном есть яблоке
Тело стекловидное
В глубине лежит сетчатка
Этот слой необходим
Коль рецепторы в порядке
То нормально мы глядим.
Учитель физики: А теперь мы повторим основные положения геометрической оптики, которые были изучены в 8 классе.
Линзой (от лат. lens —
чечевица) называется прозрачное (обычно
стеклянное) тело, ограниченное двумя
сферическими поверхностями.
Различают выпуклые линзы, у которых середина
толще, чем края, и вогнутые линзы, у которых
середина тоньше, чем края.
Прямая, проходящая через центры С1 и С2 сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется главной оптической осью линзы. Точку О на этой оси называют оптическим центром линзы. Ход лучей света в выпуклых и вогнутых линзах различен. Выпуклые стеклянные линзы, находящиеся в воздухе, преобразуют параллельный пучок световых лучей в сходящийся; поэтому иначе их называют собирающими. Вогнутые стеклянные линзы при этом создают расходящийся пучок света, поэтому их называют рассеивающими. Точка F называется главным фокусом линзы. У собирающих линз фокус действительный, а у рассеивающих мнимый.
Расстояние от оптического центра линзы до ее главного фокуса называется фокусным расстоянием линзы; обозначают его той же буквой, что и сам фокус:
F — фокусное расстояние линзы.
Физическая величина, обратная фокусному
расстоянию линзы, обозначается буквой D и
называется оптической силой линзы: 
. Чем меньше
фокусное расстояние линзы, тем больше ее
оптическая сила, т. е. тем сильнее она преломляет
лучи.
Единицей оптической силы в СИ является метр в минус первой степени (м -1). Иначе эта единица называется диоптрией (дптр). 1 дптр — это оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м.
У собирающих и рассеивающих линз оптические силы отличаются знаком. Собирающие линзы обладают действительным фокусом, поэтому их фокусное расстояние и оптическая сила считаются положительными (F>0, D>0). Рассеивающие линзы обладают мнимым фокусом, поэтому их фокусное расстояние и оптическая сила считаются отрицательными (F<0, D<0).
При помощи линз можно не только собирать и рассеивать лучи света, но и получать разнообразные изображения предметов.
Для построения изображения каждой точки достаточно двух лучей. Такими лучами являются:
- луч, проходящий через центр линзы (при прохождении через линзу этот луч практически не изменяет своего направления);
- луч, падающий на линзу параллельно ее главной оптической оси (после преломления в линзе этот луч либо сам, если линза собирающая, либо своим продолжением в обратную сторону, если линза рассеивающая, проходит через главный фокус линзы).
На столе у меня прибор для демонстрации основных законов оптики.
Демонстрация: различные типы линз – собирающие и рассеивающие, фокус линзы и способы измерения фокусного расстояния.
В зависимости от расположения предмета относительно собирающей линзы на экране получаются различные изображения. Исследуем это явление, проведем лабораторный опыт.
Лабораторная работа. Определение фокусного расстояния линзы
Источник располагаем от линзы на расстоянии большем, чем 2F. Получаем изображение на экране, измеряем и записываем в тетрадь расстояние от источника до линзы и от линзы до экрана, и описываем, каким получается изображение. Каким получилось изображение?
Ученики. Изображение получилось уменьшенное и перевернутое.
Учитель. Пишем вывод в тетрадь: если предмет находится от линзы на расстоянии за двойным фокусом, то изображение уменьшенное и перевернутое. Еще раз выполняем задание 1, но на этот раз располагают источник света на расстоянии большем, чем F, но меньшем, чем 2F. Получаем четкое изображение. Опишите его.
Ученики. Изображение получилось увеличенное и перевернутое.
Вывод записывается в тетрадь.
Учитель. Повторяем задание 1, но источник располагаем на расстоянии меньшем, чем F. Получается ли изображение? Убираем экран и смотрим сквозь линзу. Изображение, которое вы видите, называется мнимым. Опишите его.
Ученики. Если посмотреть через линзу, то изображение получается прямое увеличенное.
Строение глаза (физика)
А теперь разберем строение глаза с точки зрения оптики.
Человеческий глаз представляет собой замкнутый объём примерно сферической формы. Диаметр среднего глаза человека составляет примерно 23–25 мм. Среднее расстояние от хрусталика до сетчатки 18,3 мм.
Глаз окружён прозрачной твёрдой оболочкой белого цвета – склерой, которая защищает глаз от повреждений. Передняя часть склеры переходит в прозрачную оболочку – роговицу толщиной 0,5 мм. За роговицей внутри склеры расположены передняя глазная камера, хрусталик, задняя глазная камера.
Хрусталик глаза человека представляет собой двояковыпуклую линзу и обладает большой светопреломляющей способностью. Ось хрусталика совпадает с осью глазного яблока. Вещество, из которого состоит хрусталик бесцветное, прозрачное, плотное, сосудов и нервов не содержит, коэффициент преломления n = 1,43. При сокращении или расслаблении ресничной мышцы изменяется кривизна хрусталика, изменяя таким образом оптическую силу этой линзы.
Средняя оптическая сила глаза составляет: + 59 диоптрий. Поскольку фокусное расстояние у такой линзы очень маленькое (17 мм), то все наблюдаемые нами объекты располагаются за двойным фокусным расстоянием. Значит, изображение на сетчатке глаза получается уменьшенным, действительным и перевёрнутым.
Размер изображения на сетчатке зависит от размеров предмета и расстояния от него до сетчатки, то есть от угла, под которым рассматриваются предметы. Этот угол называется углом зрения. Чем дальше предмет, тем меньше его изображение на сетчатке. Чем больше предмет, тем дальше мы должны от него отойти, чтобы он весь уместился на сетчатке глаза. Совершенно прав был поэт, сказавший: “Лицом к лицу – лица не увидать. Большое видится на расстоянии”.
- С точки зрения оптики, что собой представляет глаз?
- Раз глаз является системой линз, то какие вы знаете характеристики линзы?
- Как вы думаете, оптическая сила глаза больше или меньше 0?
Таким образом, глаз – это система линз, с относительным показателем преломления от 1,34 до 1,43 и оптической силой 59 диоптрий.
Лабораторная работа 1. Определение слепого пятна
Цель: определить слепое пятно в сетчатке.
В повседневной жизни мы не замечаем ещё одного странного свойства нашего зрения,– не видеть предметы, находящиеся сбоку глаз, хотя свет от них входит в глаз и достигает сетчатки. Следовательно, на сетчатке обоих глаз есть определённое место, на котором нет светочувствительных клеток. Оно расположено в месте входа зрительного нерва в глазное яблоко, недалеко от жёлтого пятна. Его называют слепым пятном. Диаметр его 1,8 мм. Убедиться в его существовании можно с помощью простого теста.
Прикройте рукой левый глаз и поместите рисунок на расстоянии 15 см от глаз. Смотрите правым глазом на крестик и медленно приближайте и удаляйте рисунок до тех пор, пока один из трех кружков не будет виден.
Чем объяснить это явление? Место выхода зрительного нерва из глазного яблока – слепое пятно, на котором нет светочувствительных клеток, а следовательно, изображение, попадающее на эту часть сетчатки мы не видим.
Лабораторная работа 2. Выявление функции хрусталика
Цель: изучение функции зрачка, хрусталика, сетчатки.
Оборудование: лист белой бумаги 7 на 7 см с отверстием в середине. Вокруг отверстия по периметру написаны буквы или цифры. Надпись на доске или таблице, на стене.
Возьмите белый листок бумаги и расположите его так, чтобы буквы, находящиеся по периметру отверстия, были хорошо видны. Затем закройте один глаз, а вторым через отверстие в бумаге посмотрите на текст на доске или таблицу. Буквы, написанные на листе бумаги кажутся размытыми, теряют резкость – они находятся как бы вне фокуса. Затем переведите взгляд на буквы, написанные на бумаге – нечеткой становится надпись на доске или таблице.
- Какую форму принял хрусталик, когда смотрели вдаль?
- Какую форму принял хрусталик, когда вы смотрели на близкий предмет?
Лабораторная работа 3. Изучение реакции зрачка на свет
Цель: изучить, как реагирует зрачок на свет.
Оборудование: черная полоска бумаги размером 3 см на 4 см с точечным отверстием посредине.
Взять черную бумагу и посмотреть через точечное отверстие правым глазом на окно. Затем открыть левый глаз, а в правом наблюдается сужение зрачка. После того, как эффект получен, глаз, незакрытый черной бумагой, снова закрывается. Испытуемый видит, как точечное отверстие расширяется снова.
- Действительно ли уменьшается отверстие второго глаза, когда мы открываем незагороженный глаз, и расширяется, когда этот глаз закрываем?
- Какую функцию выполняет экран в этом опыте?
- Какую функцию выполняет неэкранированный глаз?
Близорукость и дальнозоркость
Учитель биологии: В норме, при расслаблении мышц ресничного тела, параллельные лучи света, пройдя хрусталик, попадают на сетчатку. Но глаз человека – совершенный прибор, т. к. для человека, в отличие от животных, зрение не является жизненно важным. В человеческом обществе не происходит отбора по этому признаку. Поэтому у людей часто встречается нарушение зрения. Наиболее распространенные среди них – близорукость и дальнозоркость.
Эти нарушения могут быть врожденными и приобретенными. Причиной врожденной близорукости может быть удлиненная форма глазного яблока. В этом случае изображение фокусируется перед сетчаткой. При врожденной дальнозоркости глазное яблоко укорочено, поэтому изображение фокусируется перед сетчаткой.
Причиной приобретенных нарушений зрения чаще всего является ослабление реснитчатой мышцы, поэтому уменьшение способности хрусталика изменять кривизну. В обоих случаях изображение их на сетчатке оказывается нечетким. В результате близорукие хорошо видят детали близко расположенных предметов, но плохо видят вдаль. Дальнозоркие хорошо видят отдаленные предметы, но плохо видят то, что расположено вблизи от глаз. Исправить этот дефект удается с помощью очков. Близоруким назначают очки с двояковогнутыми линзами, рассеивающими свет, дальнозорким – очки с двояковогнутыми линзами, усиливающими преломление лучей.
Компьютерная модель глаза (определение близорукости)
Демонстрируется модель глаза из учебного компьютерного курса “Открытая физика”.
На основе этой модели выводится зависимость уровня близорукости от расстояния до текста, который будет резким если глаз не напряжен. Используя полученную зависимость, определяем близорукость для некоторых учеников и сравниваем с известными величинами.
Цветоощущение
Насколько многокрасочен мир, настолько многообразны наши ощущения. Цвета определяются характером световых волн. Все краски слагаются из 3 цветов: красного, зеленого, фиолетового. Их смешивание дает все остальные.
Трехсоставную теорию цветного зрения впервые высказал в 1756 году Ломоносов, когда писал о “трех материях дна ока”. Сто лет спустя ее развил немецкий ученый Гельмгольц.
В сетчатке есть 3 разных элемента, чувствительных соответственно к каждому из трех основных цветов. Равномерное раздражение всех элементов вызывает ощущение белого цвета. Если в сетчатке глаза выпадает или ослаблено восприятие одного из 3 основных цветов, то человек не воспринимает какой-то цвет.
Редко встречается полная цветовая слепота. Чаще встречаются люди, неспособные отличить красный цвет от зеленого. Эти цвета они воспринимают как серые. Такой недостаток зрения назван дальтонизмом, по имени английского ученого Дальтона, который сам страдал таким расстройством цветного зрения и впервые описал его, обнаружив в возрасте 26 лет, что плохо различает по цвету красные ягоды от зеленой травы.
Дальтонизм неизлечим. Он передается по наследству или возникает после некоторых глазных и нервных болезней
Дальтоников не допускают к вождению транспорта. Очень важно хорошее цветоощущение для моряков, летчиков, химиков, художников.
Вопросы на повторение по биологии и физике.
- Что такое аккомодация?
- Что такое близорукость?
- Что может быть причиной врожденной близорукости?
- Что такое дальнозоркость?
- Что может быть причиной врожденной дальнозоркости?
- Что является причиной приобретенных нарушений зрения?
- Какие правила нужно соблюдать, чтобы избежать возникновения близорукости?
- Как называется нарушение цветоощущения?
- Дайте определение линзе.
- Перечислите оптические приборы.
- Что такое свет?
- Как называется глазная линза?
- Назвать единицу оптической силы.
- Что такое фокус линзы?
Итоги урока
- Заслушать проект учеников “Глаз как оптическая система”. (Приложение)
- Провести упражнения для расслабления и тренировки глаз.
- Записать в тетради основные требования для гигиены глаз.