ГЛАЗ И ЗРЕНИЕ. БЛИЗОРУКОСТЬ И ДАЛЬНОЗОРКОСТЬ. ОЧКИ - 8 класс

Интеграция предметов: физика — биология.

Пояснительная записка:

1. На уроке понадобятся: модель глаза человека; плакат «Строение глаза и фотоаппарата»; очки на близорукость и дальнозоркость.

Ход урока

Учитель физики. Ребята, сегодня на уроке мы будем изучать глаз человека, выясним, почему мы видим, узнаем, какие бывают дефекты глаза и как они устраняются.

Глаз иногда по праву называют живым фотоаппаратом (плакат «Строение глаза и фотоаппарата»), так как оптическая система глаза, дающая изображение, сходна с объективом фотоаппарата.

Что же представляет глаз человека (не только человека)?

Учитель биологии. Глаз человека и многих животных имеет почти шарообразную форму (рис. 1).

Рис. 1. Строение глаза человека

Глазное яблоко человека имеет диаметр примерно 25 мм. Глаз защищен плотной оболочкой, называемой склерой (1). Передняя часть склеры — роговая оболочка, или роговица (10), прозрачна. За роговицей расположена радужная оболочка (7), которая у разных людей имеет разный цвет. Между роговицей и радужной оболочкой находится водянистая жидкость (5) или передняя камера.

Учитель физики. Роговица имеет форму сферической чашечки диаметром около 12 мм и толщиной 1 мм. Радиус кривизны ее в среднем 8 мм. Показатель преломления 1,38.

Учитель биологии. В центре радужной оболочки имеется отверстие — зрачок (6), размер которого при помощи мышечных волокон, управляемых из центральной нервной системы, может меняться.

Учитель физики. Зрачок меняется от 2—3 мм при ярком освещении до 6—8 мм при слабом. Таким образом регулируется количество света, проходящего внутрь глаза.

Учитель биологии: Непосредственно позади зрачка находится хрусталик (5), прозрачное и упругое тело.

Учитель физики: Хрусталик по форме близок к двояковыпуклой линзе. Диаметр его 8—10 мм. Радиус кривизны передней поверхности в среднем 10 мм, а задней 6 мм. Показатель преломления вещества хрусталика 1,44.

Учитель биологии. Хрусталик окружен мышцами, прикрепляющими его к склере (9). За хрусталиком расположено стекловидное тело (4). Оно прозрачно и заполняет всю остальную часть глаза.

Глазное дно покрыто сетчатой оболочкой (сетчаткой) (3), которая прилегает к сосудистой оболочке (2). Сетчатая оболочка имеет толщину около 0,5 мм и состоит из нескольких слоев, содержащих волокна зрительного нерва. Сетчатка состоит из палочек и колбочек и нервных клеток, от которых возбуждение идет в головной мозг. Общее число колбочек ≈ 7 · 106, а палочек ≈ 100 · 106. Колбочки сосредоточены в центральной части сетчатки, в желтом пятне, и особенно в его центральной ямке. Палочки расположены главным образом в периферических частях сетчатки.

Палочки имеют высокую светочувствительность, но не обеспечивают различение цвета.

Рис. 2. Схематическое изображение строения глаза человека

Колбочки имеют более низкую светочувствительность и создают ощущение цвета.

Учитель физики. Оптическая система глаза — роговица, хрусталик, стекловидное тело. Главная оптическая ось системы 00 проходит через геометрические центры роговицы, зрачка и хрусталика.

Учитель биологии. В глазе различают еще зрительную ось 00', проходящую через центр хрусталика и желтое пятно. В этом направлении глаз имеет небольшую светочувствительность.

Учитель физики. Оптическая и зрительная оси образуют небольшой угол ≈ 5°.

Как же получается и воспринимается глазом изображение предмета?

Свет, падающий в глаз, преломляется на передней поверхности глаза (роговице) на границе ее с воздухом. Поэтому из всех преломляющих сред роговица имеет наибольшую оптическую силу (40 дптр). Затем свет, проходя через хрусталик, еще преломляется. Оптическая сила хрусталика 16—20 дптр. Свет еще преломляется в передней камере и стекловидном теле, оптическая сила которого 3—5 дптр. Итак, оптическая сила глаза = 63 дптр, благодаря чему на сетчатке глаза образуется действительное, уменьшенное и перевернутое изображение рассматриваемых предметов.

Учитель биологии. Свет, падая на окончания зрительного нерва, из которых состоит сетчатка, раздражает эти окончания. Раздражения по нервным волокнам передаются в мозг, и человек получает зрительное впечатление, то есть видит предметы. Процесс зрения корректируется мозгом, поэтому мы предметы воспринимаем не перевернутыми.

Учитель физики. Теперь выясним, каким образом на сетчатке создается четкое изображение, когда мы переводим взгляд с удаленного предмета на близкий и наоборот. Это происходит потому, что кривизна хрусталика изменяется. Когда мы смотрим на дальние предметы, то кривизна хрусталика сравнительно невелика.

Учитель биологии. В этом случае мышцы, поддерживающие хрусталик, будут расслаблены и хрусталик будет вытянут. А когда переводят взгляд на близлежащие предметы, то мышцы сжимают хрусталик (рис. 3).

Рис. 3. Аккомодация глаза

Учитель физики. Тогда кривизна хрусталика и оптическая сила увеличиваются.

Учитель биологии. Способность глаза приспосабливаться к видению как на близком, так и на далеком расстоянии, называется аккомодацией глаза. Предел аккомодации глаза наступает, когда предмет находится на расстоянии 12 см от глаза. Придвиньте страницу учебника на расстояние 12 см, что вы наблюдаете? Расстояние наилучшего зрения (отодвигайте страницу от глаз), при котором детали предметов можно рассматривать без напряжения для нормального глаза, — 25 см. Это следует учитывать, когда пишете, читаете, шьете и т. д.

Учитель физики. Но какое преимущество дает зрение двумя глазами?

Учитель биологии. Во-первых, мы видим большее пространство, то есть увеличивается поле зрения. Во-вторых, зрение двумя глазами позволяет различать, какой предмет находится ближе, а какой дальше от нас. Дело в том, что на сетчатке левого и правого глаза получаются разные изображения, мы как бы видим предметы слева и справа. И чем ближе предмет, тем заметнее это различие, оно и создает впечатление разницы в расстоянии, хотя изображения сливаются в нашем сознании в одно. Благодаря зрению двумя глазами, мы видим предметы не плоскими, а объемными.

Учитель физики.

Только благодаря аккомодации глаза изображение предметов получается на сетчатке глаза.

Это происходит, если глаз нормальный. Глаз называется нормальным, если он в ненапряженном состоянии собирает параллельные лучи в точке, лежащей на сетчатке.

Но есть недостатки глаза — близорукость или дальнозоркость. При суждении об оптических свойствах глаза используют понятие рефракции.

Рис. 4. Рефракция глаза:

А - соразмерная; Б — дальнозоркая; В — близорукая

Учитель биологии. Близорукость может быть обусловлена большим удалением сетчатки от хрусталика по сравнению с нормальным глазом (рис. 4 В).

Учитель физики. Значит, близоруким называется такой глаз, у которого фокус при спокойном состоянии глазной мышцы лежит внутри глаза. Тогда, если предмет находится на расстоянии 25 см (расстояние наилучшего зрения), то изображение получается не на сетчатке (как у нормального глаза), а ближе к хрусталику, впереди сетчатки. Поэтому, чтобы изображение оказалось на сетчатке, надо приблизить предмет к глазу. Следовательно, у близоруких людей расстояние наилучшего зрения меньше 25 см.

Учитель биологии. Близорукость может быть обусловлена тем, что сетчатка глаз расположена ближе к хрусталику, по сравнению с глазом нормальным.

Учитель физики. Значит, дальнозорким называют глаз, у которого фокус при спокойном состоянии глазных мышц лежит за сетчаткой. Изображение предмета получается за сетчаткой такого глаза. Если предмет удалить от глаза, то изображение попадает на сетчатку. Поэтому у дальнозорких людей расстояние наилучшего зрения больше 25 см.

Учитель биологии. Разница в расположении сетчатки даже в пределах миллиметра уже может приводить к заметной близорукости или дальнозоркости. Люди, имеющие в молодости нормальное зрение, в пожилом возрасте становятся дальнозоркими. Это объясняется тем, что мышцы, сжимающие хрусталик, ослабевают и способность аккомодации уменьшается. Происходит это и из-за уплотнения хрусталика, теряющего способность сжиматься в старости.

Но близорукость и дальнозоркость устраняются применением очков.

Учитель физики. Какие же очки следует применять для устранения этих недостатков зрения?

У близоруких людей изображение предметов получается внутри глаза, то есть впереди сетчатки. Чтобы оно передвинулось на сетчатку, надо уменьшить оптическую силу преломляющей системы глаза. Для этого применяют рассеивающую линзу в очках (рис. 5 Б).

Оптическую силу системы дальнозоркого глаза надо усилить, чтобы изображение попало на сетчатку, поэтому в очках используют собирающую линзу (рис. 5 А).

Рис. 5. Исправление рефракций глаза:

А — дальнозоркой; Б — близорукой

Учитель биологии. Изобретение очков явилось великим благом для людей, имеющих недостатки зрения.

Учитель физики. И это благо появилось давно. На гравюрах и картинах с древними сюжетами нередко можно видеть людей в очках. Художники (XV—XVII веков) охотно изображали в очках знатных людей прошлого, чтобы придать им более внушительный, ученый вид. При археологических раскопках Помпеи и Тира находили обработанные куски стекла, напоминающие собой увеличительные линзы. Есть основания считать, что именно в Италии в конце XIII века появились первые очки. В России очки появились в конце XV века. Вначале применялось только одно увеличительное стекло на длинной ручке. Затем появились двойные круглые стекла в металлической оправе. Их держали перед глазами или одевали на нос. Постепенно очки приобретали современный вид.

Итак, для исправления близорукости применяют очки с вогнутыми, рассеивающими линзами. Если человек, например, носит очки, оптическая сила которых -3 дптр, то значит он близорукий. В очках для дальнозорких глаз используют выпуклые, собирающие линзы. Такие очки могут иметь, например, оптическую силу +3 дптр.

Учитель биологии. На протяжении жизни человеку рано или поздно приходится прибегать к помощи очков. Очки позволяют лучше видеть, они словно удлиняют жизнь наших глаз и дают возможность большинству людей продолжать активную деятельность в пожилом возрасте.

Учитель физики. Ребята, как же отличить, какие очки для близоруких людей, а какие для дальнозорких? Оказывается очень просто. Беру очки для близоруких глаз и линзы от них, посмотрите, дают тень, а у дальнозорких линз тени нет. Это говорит о том, что у рассеивающих линз фокусы мнимые, а у собирающих — действительные.

Учитель биологии. Ребята, а какие глаза у представителей животного мира? Большинство членистоногих имеют много глаз, ориентированных по всем направлениям. Каждый такой глаз имеет форму очень узкой и глубокой воронки. У рыб глаза отличаются плоской роговицей и шарообразным хрусталиком.

Рис. 6. Глаза различных представителей животного мира:

А — глаз мухи; Б — глаз зебры; В — глаз человека

Учитель физики. Аккомодация глаза у рыб достигается перемещением хрусталика.

Учитель биологии. Птицы обладают острым зрением. У грифов, орлов глазное яблоко удлиненной формы. Глаза высокоорганизованных животных подобны глазу человека, только некоторые животные могут ими вращать, например хамелеон. В других случаях, например у зайца, они расположены по бокам головы, что дает обзор свыше 180°.

Учитель физики. Сегодня на уроке, ребята, вы познакомились с одним из органов чувств — зрением. Узнали строение глаза, дефекты глаза, о том, как эти дефекты исправляются ношением очков. Рефракция — это преломляющая способность глаза при покое аккомодации, когда хрусталик максимально уплощен.

Учитель биологии. Добавлю, что различают три вида рефракции глаза:

1) соразмерную (эмметропическую);

2) дальнозоркую (гиперметропическую);

3) близорукую (миопическую).

Учитель физики. Вы убедились в связи науки биологии с физикой. Законы природы едины и могут быть применимы и к живому организму. Сегодня на уроке мы применили законы физической оптики к глазу.