自制“水透镜”眼球模型及视力矫正实验的创新

蔡世田

摘 要 自制水透镜模拟晶状体，并把水透镜安装在球型透明灯罩口，做成一个眼球模型。该装置可以直观地演示眼睛晶状体的调节作用，帮助学生理解近视眼和远视眼的成因，并进行视力矫正实验的创新，达到很好的教学效果。

关键词 水透镜;矫正;变焦;眼球模型

中图分类号：TG356.25，TN942.2+1 文獻标识码：A 文章编号：1002-7661（2018）06-0045-01

人教版物理教材八年级第五章第4节《眼睛与眼镜》，该课是凸透镜成像规律的重要应用，结合生活运用知识解决实际问题的一个典型例子。教学过程中，很多老师选择固定焦距的普通凸透镜进行演示，用来说明晶状体的调节作用。这样学生很难理解眼睛是通过调节晶状体的厚薄从而能看清远近不同的物体。不突破这个教学难点，学生很难理解近视眼和远视眼的成因及其矫正方法。为了让学生能直观地观察晶状体的厚薄变化过程，我在教学实践中，自制水透镜模拟晶状体，并把水透镜安装在球形灯罩口，模拟了人眼的眼球模型，通过向水透镜注水或抽水改变晶状体的厚薄，从而让学生理解到晶状体的调节作用，为理解近视眼的成因及矫正作准备工作。

一、制作材料

PVC水管小段、20ml注射器、输液器、直径25cm的亚克力灯罩、安全套、强激光笔、“502”胶水、玻璃胶、锯刀、电钻、螺丝刀、螺丝若干。

二、变焦水透镜的制作

（1）选用内径60mm的PVC水管，截取长20mm的环段，切口打磨光滑，用电钻在水管两侧位置钻两个小孔（注水孔和排气孔）。

（2）取来一个安全套，用沐浴露清洗干净，剪开并晾干。将安全套薄膜向四周均匀拉伸并固定在圆形硬纸板上，均匀拉伸薄膜的目的是增强其透光性，保证水透镜注水时形变均匀。

（3）在PVC水管的切面均匀涂上502胶水，迅速按压在已准备好的薄膜上，待胶水干后才可松开（图1）。水管另一侧用同样方法制作。

（4）输液器截取中间部分，连接上注射器，向水透镜注水，在排尽空气时用小螺丝堵住排气孔。至此，水透镜做好了（图2）。

（5）把水透镜用螺丝安装在球形灯罩口，把此装置固定在底座上，做成眼球模型（图3）。

三、水透镜模拟晶状体及视力矫正实验创新的课堂实效

（1）用强激光笔制成平行光源和发散光源，分别代表远处物体和近处物体发出的光。

（2）模拟晶状体的调节作用。在眼球模型的底座内点燃竹香，让眼球模型充入适量烟雾方便显示光路。在水透镜前方放置平行光源，相当于人眼观察远处物体。此时远处物体射来的光经过晶状体会聚于视网膜前方（图4）。此时我引导学生思考：人眼中视网膜到晶状体的距离是不可调整的，眼睛是通过调节晶状体的厚度而看清远处的物体。通过探究可知，用注射器从水透镜向外抽水使晶状体变薄，此时物体射来的光线恰好落在视网膜上（图5），说明晶状体变薄可以看清远处的物体。而人眼观察近处物体时（发散的光），晶状体应变厚才能看清物体。利用可变焦水透镜眼球模型，可以直观地说明眼晴是通过调节晶状体的厚薄而看清远近不同的物体，为后面探究近视眼的成因及矫正打下坚实的基础。

（3）模拟近视眼的矫正。由于长时间近距离用眼等原因，导致晶状体变厚而调节功能变差了，形成了近视眼。来自远处物体射来的光经晶状体会聚并不是落在视网膜上，而是落在视网膜的前方。用注射器向水透镜注水，同学们可以看到水透镜（晶状体）是向外凸起了（变厚），从而清楚知道近视眼是由于晶状体太厚导致的，此时光线的折射路径很清晰地显示出来，而不需老师多花口舌来解释。通过探究可知，在晶状体前放置度数（焦距）适合的凹透镜，可以矫正近视眼（图6）。接下来的探究活动中，学生通过对比和思考很受容易迁移到对远视眼的成因及矫正方法的探究。

自制水透镜的眼球模型，可以让学生直接观察到晶状体厚薄的变化，所成的像落在视网膜前方或后方的具体位置，以及矫正时两束光线的传播路径的变化，所成像的光点前后移动的动态情况。它弥补了教材中没有变焦透镜的不足，无法模拟人眼调节作用的缺陷，避免了教材中不停更换定焦透镜的麻烦，减轻学生理解抽象知识的难度。应用眼球模型的创新实验，原理明了，效果明显，很好地突破了教学难点，达到很好的教学效果。

参考文献：

[1]曹蕴瑞.学生实验用可变焦水透镜的设计及制作[J].物理教学探讨，2014（9）：55.

[2]张育霞.近视眼和远视眼的成因及矫正演示仪[J].物理通报，2016（1）：58.