巧用礦泉水瓶突破“神奇的眼睛”教學難點

關鍵詞：礦泉水瓶;水透鏡;視力矯正

初中物理滬科版八年級 “神奇的眼睛”一課，介紹了“眼睛視物原理和視力的矯正”，目前各種版本教材都沒有說明這一知識的教具，均借助畫示意圖描述，學生缺乏直觀體驗，覺得抽象、難懂。下面介紹一種取材方便、設計巧妙、制作簡單、形象直觀、便于復制的教具，填補了實驗室沒有這種儀器的空白。

如圖1，截取一段長1.2cm、內徑6.5cm的塑料水管，在其底端中央挖個小孔，另截取一段3.5cm的圓珠筆桿，使筆桿上端插入小孔中， 并用強力膠固定， 下端固定在礦泉水瓶蓋的小孔中，然后將整個完整的安全套（光面超薄型）套在上述裝置上， 使塑料管兩側面蒙上安全套橡皮膜，并繃緊使之有一定的彈性， 安全套多余部分擰在一起，用電工防水、防漏電塑料膠帶（如圖2）和橡皮筋分別包扎在塑料管外壁及裝置“頸部”處（如圖3），這樣保證了密封性良好。

將圖1裝置及一只空礦泉水瓶分開同時浸沒在裝有礦泉水的小桶中（因自來水中含有小氣泡， 所以這里用礦泉水灌注，可以很好地避免氣泡存在，使后續成像清晰度大大增強），分別反復擠壓橡皮膜和礦泉水瓶，很快就吸滿了水，并能很好地排除殘留氣泡。仍然浸沒在水中，將裝滿水的圖1裝置中瓶蓋擰緊在裝滿水的礦泉水瓶口中， 經如此巧妙操作，再次確保整個水透鏡裝置沒有氣體存在，這也是后續實驗成功極其關鍵所在。這樣就制成了通過擠壓礦泉水瓶身，可根據需要連續改變焦距的簡單實用的水透鏡 [ 1 ]。

1 ?巧做“正常眼的視物原理”創新實驗

有了上述這個簡易的水透鏡，學生就可以人人在課堂自己動手探究“眼睛的視物原理”。

如圖4讓學生將蠟燭、水透鏡、光屏依次放在桌面上，事先將蠟燭、光屏分別固定在裝有細沙的飲料罐上，這樣可以方便地在細沙中調整使三者中心大致在同一高度。用力擠壓礦泉水瓶，使水透鏡成為凸透鏡（相當于眼睛的晶狀體），調節蠟燭、水透鏡和光屏之間的距離，使燭焰（相當于物體）的像清晣地成在光屏（相當于視網膜）上;接著， 讓燭焰 靠近水透鏡，可以看到成在光屏上的像變得模糊不清 （像成在光屏后面） ;繼續用力擠壓礦泉水瓶（相當于眼睛睫狀肌緊張），使上述水透鏡中橡皮膜的凸起程度變大（相當于正常眼有自動調節晶狀體變厚的功能），對光的折射能力變強， 這時燭焰像會重新清晰地成在光屏上， 這就生動地模擬了正常眼看清近處物體的原理。 同理可演示正常眼看清遠處物體的原理，這樣學生通過親自動手探究實驗， 就很容易地理解正常眼能看清遠、近不同物體的原理， 若在水透鏡與光屏之間放上一個鐵圓圈就很形象的比擬眼球模型。

2 ? 巧做“近、遠視眼矯正”創新實驗

2.1 ?研究“近視眼成因及矯正”實驗

在如圖4實驗裝置中， 讓學生先使燭焰倒立縮小的實像清晰地成在光屏上;然后用力擠壓礦泉水瓶，使水透鏡變厚，此時光屏上的像變模糊， 這就相當于近視眼晶狀體太厚，折光能力太強 ， 使像成在視網前面的情形一樣（可讓學生用一張白紙，找到清晰的像成在光屏前）;而就在此時在水透鏡前放上合適焦距的近視眼鏡片（或凹透鏡） ， 使光線發散，燭焰的像又會重新清晰地成在光屏上，學生由此就很容易地理解近視眼的成因及矯正這一十分抽象的知識。

2.2 ?研究 “遠視眼成因及矯正”實驗

在如圖4實驗裝置中， 讓學生先使燭焰倒立縮小的實像清晰地成在光屏上（如圖4）;然后適當放松擠壓的礦泉水瓶（相當于眼睛睫狀肌放松），使水透鏡變薄，此時光屏上的像變模糊， 這就相當于遠視眼晶狀體太薄，折光能力太弱， 使像成在視網膜后面的情形一樣;而此時在水透鏡前放上合適焦距的遠視眼鏡片（或凸透鏡） ， 使光線會聚，燭焰的像又會重新清晰地成在光屏上， 同樣學生由此也很容易地理解遠視眼的成因及矯正這一抽象的知識。

2.3 ?研究近、遠視眼“配鏡” 實驗

其實以上方法制作的水透鏡不但可以作為凸透鏡，還可以巧妙地演變成凹透鏡：

仍按前面介紹的方法灌水，只是在瓶蓋與礦泉水瓶組合之前，先擠出礦泉水瓶內一小部分水后再組合，這時水透鏡就這么輕易地演變成了凹水透鏡， 用手擠壓瓶身可使凹水透鏡焦距發生改變（圖5）。

這樣，學生就可以在上述近視眼矯正實驗裝置中， 用一個凹水透鏡去代替實驗中“合適焦距的近視眼鏡片”， 在上述遠視眼矯正實驗中用另一個凸水透鏡去代替實驗中的“合適焦距的遠視眼鏡片”，根據實際需要輕易調節凹、凸水透鏡（即眼鏡）的“度數”，形象地模擬近視眼和遠視眼驗光“配鏡”過程。

參考文獻：

[1]郭衛東.信手拈來當教具，匠心獨運做實驗[J].中學物理教學參考，2017（8）：66.