Принцип роботи людського ока (нормальний зір)

Схема досліду

Досліди з акомодації людського ока, з вадами зору та їх корекцією добре надаються до того, щоб унаочнити дію фізичних закономірностей і в живій природі.
У цьому досліді учні мають застосувати до людського ока свої знання про хід світла в опуклих лінзах і про зміну фокусної відстані в лінз різної товщини (комбінацій лінз).

У першій частині досліду досліджують зображення на дузі кола, яку слід розглядати як сітківку, при паралельному падінні світла - так моделюють положення предмета в нескінченності. Виходячи зі спостережень при світлі, що падає з невеликим нахилом до оптичної осі, можна пояснити утворення зображення на сітківці.
Завдяки зміні лінзи в другій частині досліду різке зображення на сітківці можна спостерігати і при розбіжному падінні світла (змодельоване положення предмета близько до лінзи).
Дослід вимогливий щодо здібностей та експериментальних навичок учнів, зате його мотиваційну цінність для зацікавлення фізичними питаннями слід оцінити дуже високо.

Вказівки до складання та виконання

За ретельного дотримання вказівок до складання (положення дуги кола та кювети, налаштування) можна очікувати оптимального результату досліду. Загнутий догори край аркуша паперу перешкоджає спостереженню ходу світла за фокусом, нецікавому з огляду на мету досліду. Щоб іще поліпшити модель ока, на дугу кола можна перпендикулярно наклеїти вузьку смужку паперу (як площину сітківки).
Нахил пучків світла до оптичної осі не має перевищувати 10°, бо інакше фокус уже не лежатиме на дузі кола.
Якщо є поршневий пробовідбірник (шприц, 20 мл, з 02591-03), то, відсмоктуючи воду, можна змоделювати процес зменшення кривини ока і тим самим пристосування ока до далеко розташованих предметів.

Примітка

Перевага описаної схеми досліду перед схемами з оптичною лавою полягає в кращому наближенні до реальних процесів в оці, які мають бути предметом уроку перед дослідом. Пружну зміну кривини кришталика і тим самим наведення різкого зображення на сітківці в людському оці спричиняє війковий м'яз (кільцевий м'яз). Середній радіус кривини коливається від 10,4 мм при нескороченому війковому м'язі до 5,7 мм при повному пристосуванні до предметів, розташованих близько до ока.

Навчальна мета

Учні мають здобути знання про хід світла в опуклих лінзах і вміти застосувати до людського ока зміну фокусної відстані в лінз різної товщини (комбінацій лінз).

Завдання

Простеж хід світла в людському оці за допомогою моделі при:

1. Налаштуванні ока (акомодації) на далеко розташований предмет.

2. Налаштуванні ока на близький предмет.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Око

Як ми бачимо зблизька й здалеку?

Речі стають для нас видимими тому, що від них ідуть промені світла. Вони падають крізь кришталик усередину ока на сітківку. Щоб бачити різко, усі промені світла мають потрапляти точно на сітківку. За допомогою війкового м'яза ми можемо змінювати форму нашого кришталика так, щоб різко бачити і близькі, і далекі предмети. Коли ми дивимося вдалину, кришталик плаский; що ближчий предмет, на якому ми зосереджуємось, то круглішим стає кришталик. Саме цей механізм зв'язку між кривиною кришталика та падінням світла ми й розглянемо в цьому досліді.

Схема досліду

Простеж хід світла в людському оці за допомогою моделі при:

1. Налаштуванні ока (акомодації) на далеко розташований предмет.
2. Налаштуванні ока на близький предмет.

Додатково потрібно:

• Білий папір
• Циркуль
• Лінійка (бл. 30 см)
• Стакан, бл. 100 мл

Стеж за тим, щоб трапецієподібне модельне тіло не змінювало свого положення під час пересування освітлювача.

Рисунок 1

Увага: стеж за тим, щоб кювета не змінювала свого положення під час пересування освітлювача.

Підготуй свій аркуш паперу за рисунком 1.
Накресли на відстані 8,5 см від правого краю прямокутне перехрестя ліній (точка перетину M), а на вертикальній лінії - по одній позначці на відстані 3 см від M з кожного боку.

Накресли півколо навколо M радіусом 7,5 см. Нехай точка його перетину з оптичною віссю буде F. Півколо в твоїй моделі ока - це сітківка.

Рис. 2:Загни аркуш паперу догори на відстані 1 см від правого краю - це буде екран. Точка F лежить на лінії згину. Постав кювету точно в межах позначок на перехрестя ліній.
Перегородка всередині кювети має при цьому стояти під прямим кутом до оптичної осі, тобто на вертикальній лінії. Кювета в твоїй моделі - це кришталик ока.

Рис. 3: Встав трищілинну діафрагму в освітлювач з боку лінзи і постав освітлювач приблизно за 1 см від лівого краю аркуша. Обережно налий у ту половину кювети, що повернена до освітлювача, близько 20 мл води.

1. Налаштування ока на далеко розташовані предмети

Рис. 4: Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В ~).

Рис. 5:Пересувай освітлювач, доки середній пучок світла не проходитиме точно вздовж оптичної осі і без заломлення крізь кювету. Якщо це не так, обережно посунь кювету трохи вздовж вертикальної лінії.

Рис. 6: Обережно познач тонким олівцем контури кювети, не зсуваючи її при цьому.

Рис. 7: Спостерігай за ходом світла при проходженні крізь кювету та при потраплянні на екран. Запиши свої спостереження в таблицю в протоколі.

Позначай завжди двома хрестиками пучки світла, що падають і що заломлюються.

Рис. 7: Тепер посунь освітлювач так, щоб світло падало на кювету з невеликим нахилом донизу відносно оптичної осі. Проте середній пучок світла має й далі проходити точно в напрямку перехрестя ліній (точка M). Знову спостерігай за ходом світла, особливо за положенням фокуса порівняно з точкою F. Запиши свої спостереження.

Рис. 8: Повтори ці спостереження для положення освітлювача з невеликим нахилом догори. Запиши свої спостереження в таблицю.

Рисунок 9

2. Налаштування ока на близькі предмети.

Рис. 9: Поверни освітлювач на 180° і зніми діафрагму, щоб тепер на кювету падало розбіжне світло. Положення освітлювача таке саме, як у першій частині досліду.

Спостерігай за ходом світла за кюветою, особливо при потраплянні на екран. Запиши свої спостереження в протокол.

Рис. 10: Тепер обережно налий близько 20 мл води і в другу половину кювети.
Спостерігай при цьому за зміною ходу світла і запиши свої спостереження в таблицю.

Рис. 11: Поверни освітлювач ще раз на 180°, щоб тепер на повністю заповнену кювету знову падало паралельне світло (з трищілинною діафрагмою) у напрямку оптичної осі.

Спостерігай за ходом світла, особливо за положенням фокуса та зображенням на екрані. Запиши свої спостереження.

Краєвид

Перевірка зору на короткозорість