Личные инструменты

2168
з математики

132
учня

168
для 11 класу

443
відкореговано


Вашій увазі

24638
уроків


Глаз как оптическая система

Гипермаркет знаний>>Физика>>Физика 7 класс>> Глаз как оптическая система


  • Вы  уже  знаете,  что  большую  часть  информации  об  окружающем мире мы получаем благодаря зрению. Органом зрения человека являет­ся глаз —  один из самых совершенных и вместе с тем простых опти­ческих приборов. Как же устроен глаз? Почему некоторые люди плохо видят  и  как  скорректировать  их  зрение? Как  с  особенностями  чело­веческого глаза связано производство мультипликационных фильмов?


1. Знакомимся со строением глаза

Глаз  человека имеет шарообразную форму  (рис.  3.66).  Диаметр  глаз­ного яблока около  2,5  см.  Снаружи  глаз покрыт плотной непрозрачной  обо­лочкой — склерой. Передняя часть склеры переходит в прозрачную роговую оболочку —  роговицу,  которая  действует  как  собирающая линза  и  обеспе­чивает  75 %  способности  глаза преломлять свет.

Строение глаза

Рис. 3.66. Строение глаза


С внутренней стороны склера покрыта сосудистой оболочкой,  состоящей из кровеносных сосудов,  питающих  глаз.  В  передней  части  глаза сосудистая  обо­лочка переходит в радужную оболочку, которая неодинаково окрашена у разных людей. В радужной оболочке есть круглое отверстие — зрачок. Зрачок сужается в случае усиления интенсивности света и расширяется в случае ослабления.

Способность  глаза  приспосабливаться  к  различной  яркости  наблюдае­мых  предметов  называют  адаптацией.

За зрачком расположен хрусталик,  который представляет собой двояко­выпуклую линзу. Хрусталик благодаря  скрепленным с ним мышцам может изменять свою кривизну,  а следовательно,  и  оптическую  силу.

Сосудистая оболочка с внутренней стороны  глаза покрыта сетчаткой — разветвлениями  светочувствительного  нерва.  Самая  чувствительная  часть сетчатки  расположена  прямо  напротив  зрачка  и  называется желтым  пятном.  Место,  где  зрительный  нерв  входит  в  глаз,  невосприимчиво  к  свету, поэтому получило название  слепого  пятна.  В получении  изображения  так­же  принимает  участие  стекловидное  тело  —  прозрачная  студенистая  мас­са,  которая  заполняет пространство  между хрусталиком и  сетчаткой.  Свет, попадающий  на  поверхность  глаза,  преломляется  в  роговице,  хрусталике и  стекловидном  теле.  В  результате  на  сетчатке  получается  действитель­ное,  перевернутое, уменьшенное изображение  предмета  (рис.  3.67).

Изображение, которое получается на сетчатке глаза, —  действительное, перевернутое, уменьшенное

Рис. 3.67.  Изображение, которое получается на сетчатке глаза, —  действительное, перевернутое, уменьшенное


В спокойном состоя­нии фокус оптической системы здорового глаза расположен на сетчатке

Рис. 3.68.  В спокойном состоя­нии фокус оптической системы здорового глаза расположен на сетчатке. В этом случае на сетчат­ке образуется четкое изображе­ние удаленных предметов


2. Узнаем, почему человек видит как удаленные предметы, так и расположенные рядом

Если  человек  имеет  хорошее  зрение,  он видит  четкими  как  далеко,  так  и  близко  рас­положенные предметы. Это происходит потому, что в  случае изменения расстояния  до предме­та хрусталик  глаза изменяет свою кривизну.

  • Способность хрусталика изменять свою кривиз­ну  в  случае  изменения  расстояния  до  рассмат­риваемого  предмета,  называют аккомодацией.

Если  человек  смотрит  на  довольно  удален­ные  предметы,  в  глаз  попадают  параллельные лучи — в этом случае глаз наиболее расслаблен. (Заметьте,  что,  задумавшись,  человек  смотрит как  будто  вдаль!) Чем  ближе  расположен пред­мет,  тем сильнее напрягается глаз. Наименьшее расстояние,  на  котором  глаз  видит  предмет, практически  не  напрягаясь,  называют  рассто­янием  наилучшего  зрения.  Для  людей  с  нор­мальным зрением это расстояние равно прибли­зительно  25  см.  Именно  на  таком  расстоянии человек с хорошим зрением читает книгу.


3. Выясняем, что такое близорукость и дальнозоркость и какие есть способы их коррекции

Чтобы  лучше  разобраться,  что  происхо­дит  в  оптической  системе  глаза в  случае  близо­рукости  и  дальнозоркости  и  как  корректиру­ются эти недостатки  зрения,  представим  такую ситуацию. Три человека, один из которых имеет нормальное  зрение,  у  второго  —  близорукость, а у третьего — дальнозоркость, смотрят на одни и  те же предметы,  расположенные довольно да­леко,— например, на звезды.  (В этом случае мы можем  не  принимать  во  внимание  аккомода­цию,  ведь глаза у всех  троих расслаблены.)

У  человека  с  нормальным  зрением  фокус оптической  системы  глаза  в  спокойном  (нена­пряженном)  состоянии  расположен  на  сетчат­ке, т.е. параллельные лучи, попадающие в глаз, после преломления в  оптической  системе глаза собираются  на  сетчатке  (рис.  3.68),  и  изобра­жение предметов на ней  будет четким.

Иная ситуация у людей,  имеющих близорукость или дальнозоркость. Близорукость — это недостаток  зрения,  в  случае  которого  фокус оптической  системы  глаза  в  спокойном  (нена­пряженном)  состоянии  расположен  перед  сет­чаткой  (рис.  3.69,  а).  Это  происходит  потому, что  в  случае  близорукости  угол  преломления светового  пучка  в  оптической  системе  глаза оказывается  большим,  чем  у  человека  с  нор­мальным  зрением.  Поэтому  изображение  пред­метов  на сетчатке будет нечетким,  размытым.

Близорукость. Дальнозоркость. Очки
Рис. 3.69  В случае близорукости в спокойном состоянии глаза фокус F оптической системы глаза расположен перед сетчат­кой  (о). Изображение удаленных предметов на сетчатке получа­ется нечетким. Для коррекции близорукости используют очки с рассеивающими линзами  (б)

Расстояние  наилучшего  зрения  в  случае близорукости  меньше  25  см.  Именно  поэтому близорукий  человек,  чтобы  рассмотреть  пред­мет  в  руках,  подносит  его  близко  к  глазам. Близорукость  корректируется  ношением  очков с рассеивающими линзами  (рис.  3.69,  б).

Дальнозоркость  —  это  недостаток  зрения, в  случае  которого  фокус  оптической  системы глаза  в  спокойном  (ненапряженном)  состоянии расположен  за сетчаткой  (рис.  3.70,  а). Это про­исходит потому, что в случае дальнозоркости угол преломления  светового  пучка  в  оптической  сис­теме глаза оказывается меньшим, чем у человека с  нормальным  зрением.  Изображение  предметов на сетчатке также будет нечетким, размытым.

Расстояние наилучшего зрения в случае даль­нозоркости больше, чем 25 см,  поэтому,  рассматривая предмет в руках, человек отодвигает его от глаз. Дальнозоркость  корректируется  ношением очков с собирающими линзами  (рис.  3.70, б).

Близорукость. Дальнозоркость. Очки

Рис. 3.70.  В случае дальнозоркос­ти в спокойном состоянии глаза фокус F оптической системы глаза расположен за сетчаткой (о). Изоб­ражение удаленных предметов на сетчатке получается нечетким. Для коррекции дальнозоркости используют собирающие линзы (б)


4. Знакомимся с инерцией зрения

Если  быстро перемещать в  темноте  «бенгальский  огонь»,  то наблюда­тель  увидит  светящиеся  фигуры,  образованные  «огневым  контуром».  Раз­ноцветные  лампочки  карусели  во  время  быстрого  вращения,  сливаясь,  об­разуют  кольца.  Наши  глаза  все  время  мигают,  а  поскольку  эти  движения довольно  быстрые,  мы  не  замечаем,  что  на  определенный  промежуток  вре­мени предмет,  на который мы  смотрим,  становится невидимым.

Все  эти  явления  можно  объяснить  так  называемой  инерцией  зрения. Суть  в  том,  что  после  того  как  изображение  предмета  исчезает  с  сетчатки глаза  (предмет  убирают,  перестают  его  освещать,  заслоняют  непрозрачным экраном и т.  п.),  зрительный образ,  вызванный этим предметом,  сохраняет­ся на  протяжении 0,1  с.

Зрительную  инерцию  широко  используют  в  анимационном  кино.  Кар­тинки  на  экране  очень  быстро  (24  раза  в  секунду)  сменяют  друг  друга,  во время  их  смены  экран  не  освещается,  но  зри­тель  этого  не  замечает —  он  просто  видит ряд чередующихся картинок.  Таким образом на эк­ране  создается  иллюзия  движения.  (А  теперь представьте,  сколько  картинок  нужно  нарисо­вать  художникам,  чтобы  получить  полнометражный мультипликационный фильм!)

На  инерции  зрения  также  базируется  при­менение  стробоскопа.  (Стробоскоп представля­ет собой источник света,  излучающий световые вспышки  через  определенные,  очень  малые промежутки  времени.)  Во  время фотографиро­вания  объектов,  освещеннных  стробоскопом, мы  получаем  стробоскопические  фотографии (рис.  3.71).

Стробоскопическая фотография гимнаста, выполняю­щего упражнения на перекладине

Рис. 3.71  Стробоскопическая фотография гимнаста, выполняю­щего упражнения на перекладине


  • Подводим итоги

С  точки  зрения  физики,  глаз  представляет  собой  оптическую  систе­му,  основными  элементами  которой  являются  роговица,  хрусталик  и  стек­ловидное тело.

В результате преломления света в этой оптической системе на светочувст­вительной  поверхности  глазного  дна  —  сетчатке  —  образуется  уменьшен­ное,  действительное,  перевернутое изображение предмета.

Если  оптическая система  глаза собирает  лучи перед  сетчаткой,  то изоб­ражение  предмета  на  сетчатке  будет  размытым  —  такой  дефект  зрения называется  близорукостью.  Близорукость  корректируют  ношением  очков с рассеивающими линзами.

Если оптическая система глаза слабо преломляет лучи,  то продолжения лучей пересекаются  за сетчаткой —  такой дефект  зрения называется даль­нозоркостью. Дальнозоркость  корректируют  ношением  очков  с  собирающи­ми линзами.

После  того  как  изображение  предмета  исчезает  с  сетчатки  глаза,  зри­тельный образ, вызванный этим предметом,  сохраняется в сознании челове­ка на протяжении 0,1  с.  Это  свойство называют инерцией  зрения.


  • Контрольные вопросы 

1. Опишите строение человеческого  глаза и  назначение  отдельных  его элементов. 

2.  Какие  характеристики  имеет  изображение,  возникаю­щее  на  сетчатке  глаза? 

3.  Как  изменяется  диаметр  зрачка  в  случае уменьшения освещенности? 

4.  Почему человек с нормальным зрением может одинаково четко видеть как далеко, так и близко расположенные предметы? 

5. Чему равно расстояние наилучшего зрения для челове­ка с нормальным зрением? 

6.  Какой дефект зрения называется близо­рукостью?  Как  его  можно  скорректировать? 

7.  Какой  дефект  зрения называется дальнозоркостью? Как его можно скорректировать? 

8. Ка­кое свойство зрения называют инерцией  зрения?


  • Упражнения

1. Почему кривизна хрусталика глаза рыбы большая, чем у человека?
2. Оптическая сила нормального глаза изменяется от 58,6 до 70,6 дптр. Определите,  во сколько раз изменяется при этом фокусное расстоя­ние глаза.
3. На  каком минимальном  расстоянии  от  глаза  следует  расположить зеркальце,  чтобы увидеть четкое изображение глаза?
4. Оптическая сила линз бабушкиных очков  -2,5  дптр. Каково фокус­ное расстояние этих линз? Какой дефект  зрения имеет бабушка?
5. Почему,  чтобы лучше видеть,  близорукий человек щурит  глаза?
6.  Почему даже в чистой воде человек без маски плохо видит?
7. Мальчик читает книгу, держа ее на расстоянии 20 см от глаз. Опре­делите  оптическую  силу линз,  которые необходимы  мальчику для чтения на расстоянии наилучшего зрения (при условии нормально­го  зрения).


  • Экспериментальные задания

1.  Предложите способ,  с помощью которого можно определить,  какой дефект зрения (близорукость или дальнозоркость) корректируют те или  иные  очки.  Постарайтесь  найти  несколько  разных  очков  (по­просите  у  домашних,  соседей  и  т.  д.)  и  убедитесь  в  правильности своего способа.

2. Проверьте на  опыте  свойство  глаза  изменять  диаметр  зрачка  в  за­висимости  от  освещенности рассматриваемого объекта. Для наблю­дения изменений диаметра зрачка воспользуйтесь зеркалом.


  • Физика и техника в Украине

Физика и техника в Украине

В  конце  прошлого века  ученым удалось установить, что  преломление  светового  луча,  попадающего  в  глаз, различно  в  разных  точках  глаза  из-за  того,  что  поверх­ность  роговицы  не  является  идеально  гладкой,  а  хрус­талик не является однородным  (см. рисунок).

Для  исправления  зрения  была  предложена  методика сглаживания  поверхности роговицы  с помощью лазерного  излучения. Однако  чтобы  эта технология  действитель­но заработала, надо было знать, какое именно количество вещества хрусталика следует удалить в конкретном месте, т. е. было необходимо измерить реальный профиль хрусталика. Тем не менее глаз не стоит спо­койно, а следовательно, надо было сделать это измерение очень быстро  (за доли секунды).

В  Германии, Японии, Испании и  США началось неистовое соревнование ученых и инже­неров за  создание такого  измерительного  прибора. Однако  первый  в мире рейтрейсинговый аберрометр был  создан  коллективом украинских ученых под руководством  профессо­ра Василия Молебного.


Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

Содержание урока
1236084776 kr.jpg конспект урока и опорный каркас
1236084776 kr.jpg презентация урока
1236084776 kr.jpg интерактивные технологии 
1236084776 kr.jpg акселеративные методы обучения

Практика
1236084776 kr.jpg тесты, тестирование онлайн
1236084776 kr.jpg задачи и упражнения 
1236084776 kr.jpg домашние задания
1236084776 kr.jpg практикумы и тренинги
1236084776 kr.jpg вопросы для дискуссий в классе

Иллюстрации
1236084776 kr.jpg видео- и аудиоматериалы
1236084776 kr.jpg фотографии, картинки 
1236084776 kr.jpg графики, таблицы, схемы
1236084776 kr.jpg комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты

Дополнения
1236084776 kr.jpg рефераты
1236084776 kr.jpg шпаргалки 
1236084776 kr.jpg фишки для любознательных 
1236084776 kr.jpg статьи (МАН)
1236084776 kr.jpg литература основная и дополнительная
1236084776 kr.jpg словарь терминов

Совершенствование учебников и уроков
1236084776 kr.jpg исправление ошибок в учебнике
1236084776 kr.jpg замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
1236084776 kr.jpg календарные планы
1236084776 kr.jpg учебные программы
1236084776 kr.jpg методические рекомендации  
1236084776 kr.jpg обсуждения

New2.jpg Идеальные уроки-кейсы

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.