巧用矿泉水瓶突破“神奇的眼睛”教学难点

2019-06-11郭卫东

中学理科园地 2019年2期

关键词：矿泉水瓶;水透镜;视力矫正

初中物理沪科版八年级 “神奇的眼睛”一课，介绍了“眼睛视物原理和视力的矫正”，目前各种版本教材都没有说明这一知识的教具，均借助画示意图描述，学生缺乏直观体验，觉得抽象、难懂。下面介绍一种取材方便、设计巧妙、制作简单、形象直观、便于复制的教具，填补了实验室没有这种仪器的空白。

如图1，截取一段长1.2cm、内径6.5cm的塑料水管，在其底端中央挖个小孔，另截取一段3.5cm的圆珠笔杆，使笔杆上端插入小孔中，并用强力胶固定，下端固定在矿泉水瓶盖的小孔中，然后将整个完整的安全套（光面超薄型）套在上述装置上，使塑料管两侧面蒙上安全套橡皮膜，并绷紧使之有一定的弹性，安全套多余部分拧在一起，用电工防水、防漏电塑料胶带（如图2）和橡皮筋分别包扎在塑料管外壁及装置“颈部”处（如图3），这样保证了密封性良好。

将图1装置及一只空矿泉水瓶分开同时浸没在装有矿泉水的小桶中（因自来水中含有小气泡，所以这里用矿泉水灌注，可以很好地避免气泡存在，使后续成像清晰度大大增强），分别反复挤压橡皮膜和矿泉水瓶，很快就吸满了水，并能很好地排除残留气泡。仍然浸没在水中，将装满水的图1装置中瓶盖拧紧在装满水的矿泉水瓶口中，经如此巧妙操作，再次确保整个水透镜装置没有气体存在，这也是后续实验成功极其关键所在。这样就制成了通过挤压矿泉水瓶身，可根据需要连续改变焦距的简单实用的水透镜 [ 1 ]。

1 巧做“正常眼的视物原理”创新实验

有了上述这个简易的水透镜，学生就可以人人在课堂自己动手探究“眼睛的视物原理”。

如图4让学生将蜡烛、水透镜、光屏依次放在桌面上，事先将蜡烛、光屏分别固定在装有细沙的饮料罐上，这样可以方便地在细沙中调整使三者中心大致在同一高度。用力挤压矿泉水瓶，使水透镜成为凸透镜（相当于眼睛的晶状体），调节蜡烛、水透镜和光屏之间的距离，使烛焰（相当于物体）的像清晣地成在光屏（相当于视网膜）上;接着，让烛焰靠近水透镜，可以看到成在光屏上的像变得模糊不清（像成在光屏后面） ;继续用力挤压矿泉水瓶（相当于眼睛睫状肌紧张），使上述水透镜中橡皮膜的凸起程度变大（相当于正常眼有自动调节晶状体变厚的功能），对光的折射能力变强，这时烛焰像会重新清晰地成在光屏上，这就生动地模拟了正常眼看清近处物体的原理。同理可演示正常眼看清远处物体的原理，这样学生通过亲自动手探究实验，就很容易地理解正常眼能看清远、近不同物体的原理，若在水透镜与光屏之间放上一个铁圆圈就很形象的比拟眼球模型。

2 巧做“近、远视眼矫正”创新实验

2.1 研究“近视眼成因及矫正”实验

在如图4实验装置中，让学生先使烛焰倒立缩小的实像清晰地成在光屏上;然后用力挤压矿泉水瓶，使水透镜变厚，此时光屏上的像变模糊，这就相当于近视眼晶状体太厚，折光能力太强，使像成在视网前面的情形一样（可让学生用一张白纸，找到清晰的像成在光屏前）;而就在此时在水透镜前放上合适焦距的近视眼镜片（或凹透镜），使光线发散，烛焰的像又会重新清晰地成在光屏上，学生由此就很容易地理解近视眼的成因及矫正这一十分抽象的知识。

2.2 研究 “远视眼成因及矫正”实验

在如圖4实验装置中，让学生先使烛焰倒立缩小的实像清晰地成在光屏上（如图4）;然后适当放松挤压的矿泉水瓶（相当于眼睛睫状肌放松），使水透镜变薄，此时光屏上的像变模糊，这就相当于远视眼晶状体太薄，折光能力太弱，使像成在视网膜后面的情形一样;而此时在水透镜前放上合适焦距的远视眼镜片（或凸透镜），使光线会聚，烛焰的像又会重新清晰地成在光屏上，同样学生由此也很容易地理解远视眼的成因及矫正这一抽象的知识。

2.3 研究近、远视眼“配镜” 实验

其实以上方法制作的水透镜不但可以作为凸透镜，还可以巧妙地演变成凹透镜：

仍按前面介绍的方法灌水，只是在瓶盖与矿泉水瓶组合之前，先挤出矿泉水瓶内一小部分水后再组合，这时水透镜就这么轻易地演变成了凹水透镜，用手挤压瓶身可使凹水透镜焦距发生改变（图5）。