6 跨学科实践：眼睛（教学设计）物理教科版2024八年级上册

该初中物理教学设计聚焦眼睛成像原理、近视与远视成因及矫正，通过展示近视眼镜和老花镜图片导入，结合视频《眼睛的构造、功能、视物原理》，以照相机与眼睛结构对比为支架，衔接凸透镜成像知识。 突出科学探究与模型建构，设计水透镜模拟晶状体调节、近视远视矫正实验，学生动手操作培养探究能力，通过类比照相机建构眼睛成像模型，融入用眼卫生教育增强科学态度与责任，助力教师开展跨学科实践，提升学生综合素养。

6 跨学科实践：眼睛（教学设计） 年级 八年级 学科 物理 教师 课题 6 跨学科实践：眼睛 教学 目标 物理观念 1.了解照相机的原理，知道眼睛看见物体的过程。 2.了解近视眼和远视眼的成因，知道眼镜是怎样矫正视力的。 科学思维 从物理学视角了解近视眼和远视眼的成因及视力的矫正需戴的眼镜。 科学探究 通过照相机与眼睛的结构对比，了解眼睛看见物体的原理。 科学态度 与责任 通过学习近视眼和远视眼的成因及矫正，增强保护视力的意识，注意用眼卫生。 教学 重难点 一、教学重点 1.知道眼睛的成像原理及眼睛看见物体的过程。 2.了解近视眼和远视眼的成因，知道眼镜是怎样矫正视力的。（重点） 二、教学难点 了解近视眼和远视眼的成因，知道眼镜是怎样矫正视力的。 （难点） 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 【播放ppt图片，引入课题】播放近视眼镜、老花镜图片。 我们的眼睛，是怎样看到美丽的世界的？为什么近视的同学需要戴眼镜才能看清远处的物体。而人老了也需要带眼镜才能看清近处的物体，这两种眼镜一样吗？今天一起学习——《6眼睛》。 思考问题，进入情境。 学习新课 一、眼睛 【播放ppt图片，同步讲解】 1. 眼球的主要结构及各部分作用 主要由角膜、晶状体、瞳孔、虹膜、睫状体、玻璃体、视网膜等组成。 【与照相机对比进行教学】 ①晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜； ②视网膜相当于胶片； ③睫状体可以改变晶状体的形状（改变焦距）； ④瞳孔相当于照相机的光圈。 2. 眼睛的视物原理 人的眼球好像一架照相机，眼睛观看物体时，物距大于2倍焦距，物体发出或反射的光进入人眼，经晶状体和角膜折射后，在视网膜上形成一个倒立、缩小的实像。视网膜上感光细胞受到光的刺激，视神经把这个信号传输给大脑，大脑将倒立图像处理后翻转过来，我们就看到了物体。 【播放视频】——《眼睛的构造、功能、视物原理》 转过来，我们就看到了物体。 3. 眼睛的调节 照相机如何使远近不同的物体都在底片上成清晰的像？当物距改变时，照相机是通过调节像距，来得到清晰的像的。人眼如何使远近不同的物体都在视网膜上成清晰的像？ 演示实验：利用充水的透明橡皮膜模拟眼睛成像 实验器材：透明橡皮膜、注射器、乳胶管、止水夹、水、蜡烛、光屏等。 实验步骤： 1．将透明橡皮膜、注射器、水、乳胶管、止水夹按图所示装配好，利用注射器可以改变透明橡皮膜内水的多少，从而改变橡皮膜的厚薄程度，改变焦距。 2.透明橡皮膜和水构成凸透镜，其共同作用相当于眼球中的晶状体，光屏相当于视网膜，先让蜡烛在距离凸透镜较近处，通过凸透镜在光屏上成清晰的像。这相当于眼睛观察较近处的物体，记下此时透明橡皮膜内水的多少和橡皮膜的厚薄程度。 3．保持凸透镜和光屏的位置不变，把蜡烛移至距离凸透镜较远的位置，要使光屏上的像变清晰，透明橡皮膜内的水应该多些还是少些？橡皮膜是厚些还是薄些？ 图4 实验结论：蜡烛在距离凸透镜较近处，透明橡皮膜内的水透镜厚度大，水透镜焦距短，在光屏上成清晰的像；把蜡烛移至距较远的位置时，要减少橡皮膜内的水，水透镜变薄，焦距焦距变长，才能在光屏上得到清晰的像。 问题：我们是如何看清远处与近处的景物的？ 眼睛的睫状体的作用是调节晶状体的形状，当睫状体放松时，晶状体比较薄，焦距较长，远处物体射来的光刚好会聚在视网膜上，眼球可以看清远处的物体；当睫状体收缩时，晶状体变厚，对光的偏折能力变大，焦距较短，远处物体射来的光会聚在视网膜上，眼睛就可以看清近处的物体。 （2）远点、近点和明视距离 ①远点：眼睛的调节是有限度的，当睫状体完全松驰时，晶状体表面弯曲程度最小，此时晶状体最扁，能够看清的最远的极限点叫做远点。正常眼睛的远点在无限远处。 ②近点：当睫状体看近处物体时，晶状体变得最凸，表面弯曲程度最大，此时能看清的最近的极限点叫做近点。正常眼睛的近点在大约10cm处。 ③明视距离：正常眼睛观察近处物体最清晰而又不疲劳的距离大约是 25cm，这个距离叫做明视距离。 例1眼睛是一部高度精密的光学系统，下列围绕眼睛的讨论，错误的是（ B ） A．视网膜相当于光屏 B．物体在视网膜上成的像的像距大于二倍焦距 C．晶状体相当于一个凸透镜 D．正常眼睛的明视距离约为25 cm 【解析】眼睛中角膜与晶状体的共同作用相当于一个凸透镜，视网膜相当于光屏，物体在视网膜上成倒立、缩小的实像，像的像距小于二倍焦距大于一倍焦距；正常眼睛的明视距离约为25 cm。 所以选项ACD都正确，错误的是B。 从对比中总结知识，培养学生的能力，同时让学生在思考和分析中提升能力、学习知识。 进一步了解眼睛的结构和视物原理。 讨论交流回答，归纳出正常眼睛调节的方法。 根据眼睛的调节是有限度的，分析得出远点、近点和明视距离的概念。 做例题并进行解析。 新课讲授 二、保护你的眼睛 1.近视眼及其矫正 活动1：小游戏：三字经 请两位同学上台，一个视力正常的同学，一个近视眼的同学，请近视眼的同学摘掉眼镜。教师出示印有三字经的卡片，从两位同学眼前开始，每念一个卡片上的字后退一步，逐步后退。 说明：从活动中引出近视眼的外在表象。分析近视眼的形成原因，进一步研究近视眼的矫正。 问题：有些人单靠自身眼睛的调节已不能使像成在视网膜上，这种情况是怎么形成的，如何处理？ 点评：由于长期不注意用眼卫生，使晶状体变凸，或睫状体调节能力降低，远处的景物的像落在视网膜前面，形成近视眼。引导学生设想用凹透镜将光线发散，使远处景物传来的光仍能会聚在视网膜上，从而能看清远处的景物。 活动2：阅读课本P77,实验探究：模拟近视眼。 猜想：应用什么透镜来矫正近视眼，并用实验的方法验证自己的猜测。 说明：鼓励学生可以用自己的眼镜进行矫正，试试效果如何。 参考器材：光具座，凸透镜，蜡烛，光屏，火柴，近视眼镜。 方案：组装好器材，使烛焰的像落在光屏前方，此时像变得模糊。把凹透镜放在凸透镜前观察。 现象：光屏上出现了烛焰清晰的像。 结论：近视眼用凹透镜矫正。 设计意图：通过小组的合作分析，学生运用已经学过的物理知识亲自动手去探究，充分发挥学生在学习中的主体地位和老师的主导作用，只有通过自己动手去做实验，才能对知识有更清晰的感受和较深刻的理解。 近视眼及其矫正 有些人单靠自身眼睛的调节已不能使像成在视网膜上，这种情况是怎么形成的，如何处理? 近视眼只能看清近处的物体，看不清远处的物体； 提出问题：近视眼是怎样形成的？ 实验：近视眼的成因及矫正方法 实验器材：光具座、凸透镜、光屏、蜡烛、眼镜、白纸板。 实验过程： （1）取一个凸透镜,蜡烛、光屏和近视眼镜。把蜡烛、凸透镜和光屏摆好,调节蜡烛和凸透镜位置,使得在光屏上得到一个蜡烛的缩小实像。我们用白纸板模拟眼睛的视网膜,实验表示正常眼看物体时,能在视网膜上生成清晰的像。 （2）把蜡烛向左移动一定距离,此时蜡烛的实像不再落在光屏上,光屏上蜡烛的像变得模糊,用另一张白纸在光屏前移动,可得到蜡烛清晰的像。这个实验模拟近视眼看不清远处的物体,远处物体的像成在近视眼视网膜的前方。 （3）用一个近视眼镜镜片放在凸透镜前,模拟近视眼用凹透镜来矫正视力。这时物体发出的光通过凹透镜发散后再进入眼睛,可以看到光屏上又出现了清晰的蜡烛像。 结论：用凹透镜将光线发散，使远处景物传来的光仍能会聚在视网膜上，从而能看清远处的景物。 1. 近视眼的特征：近视眼只能看清近处的物体，看不清远处的物体； 2.近视眼的成因： （1）晶状体变厚，折射能力过强，来自远处的物体的光线会聚在视网膜前， （2）近视眼的视网膜距晶状体过远。 致使远处射来的平行光线还未到达视网膜就已聚成一点，而当光线到达视网膜时又都分散开，形成一个模糊的光斑，因此看不清远处的物体。如图7甲所示； （3）近视眼的矫正方法：近视眼患者可以佩戴由凹透镜制作的眼镜，让光先发散，使清晰的像略向后移，准确地成在视网膜上，如图7乙所示. 远视眼及其矫正 在我们的周围有很多同学不注意用眼卫生,戴上了近视眼镜.也有个别同学戴上了远视眼镜,爷爷奶奶在读书看报时也总戴上眼镜,他们配戴的眼镜和近视眼同学配戴的眼镜一样吗? 远视眼只能看清远处的物体，看不清近处的物体。 提出问题：远视眼是怎样形成的？ 实验： 远视眼的成因及矫正方法 实验器材： 光具座、凸透镜、光屏、蜡烛、眼镜、白纸板. 实验过程： （1）取一个凸透镜,蜡烛、光屏和远视眼镜.把蜡烛、凸透镜和光屏摆好,调节蜡烛和凸透镜位置,使得在光屏上得到一个蜡烛的缩小实像.我们用白纸板模拟眼睛的视网膜,实验表示正常眼看物体时,能在视网膜上生成清晰的像. （2）把蜡烛向右移动一定距离,此时蜡烛的实像不再落在光屏上,光屏上蜡烛的像变得模糊,用另一张白纸在光屏后移动,可得到蜡烛清晰的像.这个实验模拟远视眼看不清近处的物体,近处物体的像成在远视眼视网膜的后方. （3）用一个远视眼镜镜片放在凸透镜前,模拟远视眼用凸透镜来矫正视力.这时物体发出的光通过凸透镜会聚后再进入眼睛,可以看到光屏上又出现了清晰的蜡烛像. 结论：用凸透镜将光线会聚，使近处景物传来的光仍能会聚在视网膜上，从而能看近处的景物。 1.远视眼的特征：远视眼只能看清远处的物体，看不清近处的物体； 2．远视眼的成因： （1）晶状体太薄,折光能力太弱； （2）眼球在前后方向上太短。 来自近处物体的光线，会聚于视网膜后边，在视网膜上形成两个模糊的光斑，如图8甲所示； 3.远视眼的矫正方法：远视眼患者要戴由凸透镜制作的眼镜，让光先当会聚，使清晰的像略向前移，准确地成在视网膜上，如图8乙所示. 【例题2】【例题2】如图是近视眼及其矫正的光路图，下列说法不正确的是（ ） A．近视眼的成像原理和小孔成像的原理相同 B．近视眼看远处的物体，像成于视网膜前 C．近视眼用凹透镜矫正 D．为预防近视，读写时眼睛与书本的距离应保持在25cm左右 【答案】A。 【详解】A．晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜，眼睛成像利用了凸透镜的成像原理，而小孔成像利用光的直线传播，二者原理不同，故A错误，符合题意； B．近视眼晶状体折光能力强或眼球前后径过长，看不清远处的物体，远处物体的像成于视网膜前，故B正确，不符合题意； C．凹透镜对光线有发散作用，可以使光线延后成像，正好成在视网膜上，近视眼用凹透镜矫正，故C正确，不符合题意； D．为预防近视，应养成良好的用眼习惯，读写时眼睛与书本的距离应保持在25cm左右，故D正确，不符合题意。 故选A 【例3】常见的视力缺陷有近视和远视。如图所示是一位视力缺陷者的眼球成像示意图，他的视力缺陷类型是_____眼，矫正视力应该配戴___镜。    【答案】远视，凸透。 【详解】如果眼球晶状体的曲度过小或眼球前后径过短，近处物体的光通过晶状体折射后形成的像就会落在视网膜的后方，导致看不清近处的物体，形成远视眼；远视眼应该用凸透镜制作的远视眼镜进行矫正，用凸透镜将光线会聚一些，这样像就可以成在视网膜上。 思考回答近视眼的特征、形成原因。 知道可以利用凹透镜对光的发散作用进行矫正。 做例题2，进一步理解眼睛的调节功能、近视眼的矫正方法。 思考问题，引出远视眼的概念。 知道远视眼的特征，分析得出远视眼的成因。 知道利用凸透镜对光的会聚作用进行矫正。 观看视频、做例题3，加深理解。 新课讲授 三、眼镜的度数 透镜焦距f的长短标志着折光本领的大小。焦距越短，折光本领越大。通常把透镜焦距的倒数叫做透镜焦度（Φ）。 1. 焦度：焦距的倒数叫焦度。Φ=（），单位：m-1 2.眼镜度数：D＝100Φ=×100。 焦距越短，眼镜片的度数越大，镜片弯曲程度越大。 3.远视眼镜(凸透镜)的度数是正数，近视眼镜(凹透镜)的度数是负数。 4.判断近视眼镜与远视眼镜： （1） 对光的作用：会聚的是远视镜（凸透镜），发散的是近视镜（凹透镜）； （2） 靠近物体，物体被放大的是远视镜（凸透镜），物体被缩小的是近视镜（凹透镜）。 5.用眼卫生： （1）看书时保持书本到眼镜的距离为25厘米左右，此时正常眼睛观察物体最清晰又不容易疲劳； （2）在光线适度处读书学习，不要再昏暗的房间或者强烈的阳光下学习； （3）看电视要离电视2米以上；（4）看电视、用电脑等时间不要太长；（5）认真做眼保健操。 例4戴近视镜的小强发现其眼镜与爷爷的老花镜外观相同，为了区分它们，他把其中一副眼镜靠近物理课本，发现课本上的文字变大了，则说明这副眼镜是_____（选填“近视镜”或“老花镜”）。若该眼镜的度数是200度，则该透镜的焦距为____m。 【答案】老花镜，0.5. 【解析】①其中一副眼镜靠近物理课本，课本上的文字变大了，说明这副眼镜是老花镜，老花镜是凸透镜。（注意：近视镜片是凹透镜，物体通过凹透镜成的是正立、缩小的虚像）。 ②眼镜的度数是200度，透镜焦度 凸透镜的焦距为 了解透镜焦度、眼镜度数的概念，知道眼镜的度数与焦距的关系。 课 堂 练 习 1我们的眼睛和照相机一样都是成　　　　、　　　　的实像。照相机可以通过调焦工具调节焦距，眼睛里的睫状肌牵拉晶状体，会改变眼睛的焦距，看远处的物体时，睫状肌放松，晶状体变薄，焦距　　　（选填“变大”“变小”或“不变”），使远处的景物的像成在　　　　上，写字时，睫状肌收缩，晶状体变厚，焦距　　　　（选填“变大”“变小”或“不变”）。  【答案】倒立　缩小　变大　视网膜　变小 【解析】眼睛和照相机一样都是成倒立、缩小的实像。观察题图可以发现，晶状体把光会聚到视网膜上，通过视觉神经传递给大脑，被大脑处理后我们才能看到物体。看远处的物体时，晶状体变薄，焦距变大，使像成在视网膜上，反之，看近处的物体时，晶状体变厚，焦距变小，折光能力变强，使像成在视网膜上。 2．正常眼睛观察近距离物体的明视距离约为25cm。小刚看书时，把书本放在眼睛前15cm处，为了看清书上的文字，晶状体将会变厚，焦距 （选填“不变”、“变大”或“变小”），长此以往，就可能会形成 （选填“近”或“远”）视眼。 【答案】变小 近 【详解】把书本放在眼睛前 15cm 处，晶状体的曲度变大，焦距变小，长此以往，晶状体的调节能力变弱，看远处物体，像成在视网膜的前方，形成近视眼。 3.甲图为照相机成像原理图，乙图为眼睛成像原理图。关于照相机和眼睛，下列有关说法正确的是（　　） A.照相机在胶片上成正立的实像，眼睛在视网膜上成倒立的虚像 B.照相机在胶片上成倒立的虚像，眼睛在视网膜上成正立的实像 C.照相机在胶片上成倒立的实像，眼睛在视网膜上成正立的实像 D.照相机在胶片上成倒立的实像，眼睛在视网膜上成倒立的实像 【答案】D 【详解】眼球好像一架照相机，晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜，它们的成像原理是相同的，照相机在胶片上成倒立、缩小的实像，眼睛在视网膜上成倒立、缩小的实像，故ABC错误，D正确。故选D。 4．凸透镜可用于　　　　（选填“远视”或“近视”）眼的矫正，手机的镜头相当于一个凸透镜，若某手机镜头焦距为5 cm，用它扫描健康码时，为保证扫描清晰，手机到健康码的距离应大于　　　　cm。  【答案】远视　10 【解析】凸透镜用于远视眼的矫正；由凸透镜成像特点知当物体位于二倍焦距以外时，成倒立缩小的实像，该镜头的焦距为5 cm，为了成清晰的像，手机到健康码的距离应大于10 cm。 5．图中示意了正常眼睛的调节，以下判断错误的是（　　）    A.眼球好像一架照相机 B.正常眼睛，能调节晶状体的形状 C.晶状体的厚度不同，对光的偏折能力不同 D.物体无论多远或多近，都能在视网膜上成像 【答案】D 【详解】眼球好像一架照相机，成倒立缩小的实像，故A正确，不符合题意；正常眼睛，能调节晶状体的形状，当看近处物体时，晶状体较厚折射能力较强；当看远处物体时，晶状体较薄折射能力较弱，故BC正确，不符合题意；当物体太远或者太近时，超出晶状体的调节范围，物体不能在视网膜上成像，故D错误，符合题意。故选D。 6．很多人选择通过准分子激光切削角膜中央前表面进行近视眼矫正，下列说法正确的是（　　） A.眼球的结构相当于投影仪，视网膜相当于光屏 B.在眼球的视网膜上成的像是正立、等大的实像 C.近视眼是因晶状体太厚，像成在了视网膜后方 D.激光矫正相当于给眼球戴了一副隐形的凹透镜 【答案】D 【详解】眼球的结构相当于照相机，视网膜相当于光屏，外界物体在视网膜上所成的像是倒立、缩小的实像，故AB错误；近视眼是因晶状体太厚，像成在了视网膜前方，故C错误；激光矫正近视，是对人的晶状体和角膜构成的透镜进行手术，使其变薄，相当于一个凹透镜，使其对光的偏折能力变弱，使成的像后移，直到移到视网膜上，故D正确。故选D。 7．实验小组的同学用如图所示的装置来探究“近视眼的缺陷”。他们用蜡烛代表眼睛观察的物体，用凸透镜代表眼球的晶状体，用光屏代表视网膜。为判断近视眼不戴眼镜时物体成的像在视网膜前还是视网膜后，小明提出如下实验方案： 先不给凸透镜戴眼镜，让烛焰在光屏上成像，然后给凸透镜戴上眼镜，移动光屏，再次让烛焰在光屏上成像，比较两次像距的大小。 实验时，要注意调节烛焰、凸透镜、光屏的高度，使它们的中心大致在 ，这样做的目的是 。      下表是小明通过实验测得的数据：     （1）小组同学通过分析认为，第 次数据是无效的，原因是 。 （2）分析表格中的数据，我们发现，v1 （选填“>”“<”或“=”）v2，所以近视眼镜的作用是使像 （选填“远离”或“靠近”）晶状体。那么近视眼不戴眼镜时，物体通过晶状体所成的像落在视网膜的 （选填“前”或“后”）方。 小华进一步思考后提出另一实验方案∶ 先给凸透镜戴上眼镜，让烛焰在光屏上成像，然后取下眼镜，再让烛焰在光屏上成像，比较两次像距的大小。   （3）你认为小华的实验方案 （选填“可行”或“不可行”）。 【答案】凸透镜的主光轴上 使烛焰的像成在光屏中间 （1）4 眼睛不可能成倒立放大的像 （2）< 远离 前 （3）可行 【详解】实验时，要注意调节烛焰、凸透镜、光屏的高度，使它们的中心大致在同一高度，这样做的目的是使烛焰的像成在光屏中间。 （1）第4次数据是无效的，因为眼睛不可能成倒立放大的像 。 （2）分析表格中的数据，我们发现，v1<v2，所以近视眼镜的作用是使像远离晶状体。那么近视眼不戴眼镜时，物体通过晶状体所成的像落在视网膜的前方。 （3）先给凸透镜戴上眼镜，让烛焰在光屏上成像，然后取下眼镜，再让烛焰在光屏上成像，比较两次像距的大小，所以小华的实验方案可行。 8．小华用弹性膜充水制作了一个水凸透镜，通过注射器注水或抽水改变透镜的厚度，如图是他用其模拟眼睛看物体的实验装置。模拟正常眼睛时，固定透镜，将一个F形光源放在合适的位置后，调节光屏得到清晰的像，下列说法正确的是（　　）    A.此时光源放在透镜2倍焦距以内 B.此时光屏上成倒立放大的实像 C.光源远离透镜时，要将光屏靠近透镜才能再次得到清晰的像 D.模拟近视眼的成因时需要从透镜向外抽水 【答案】C 【详解】眼睛相当于照相机，在视网膜成倒立缩小的实像，因此物距应大于二倍焦距，即此时光源放在透镜2倍焦距以外，在光屏上成倒立缩小的实像，故AB错误；根据凸透镜成实像时的特点，物远像近像变小，因此光源远离透镜时，要将光屏靠近透镜才能再次得到清晰的像，故C正确；近视眼是因为晶状体太厚，对光线会聚能力太强导致的，因此模拟近视眼的成因时需要从透镜向里注水，故D错误。故选C。 课 堂 小 结 板 书 设 计 眼睛 一、眼睛 1.眼睛结构：眼球相当于一架照相机,晶状体和角膜相当于凸透镜,视网膜相当于底片. 2.眼睛的工作原理：倒立、缩小的实像　 3.调节：改变焦距。 二、近视眼和远视眼 1.近视眼 (1)成因:晶状体太厚或眼球前后方向太长,物体成像于视网膜前方. (2)矫正: 近视眼对光的偏折（会聚）能力太强，所以要用发散透镜（凹透镜）来矫正。 2.远视眼 (1)成因:晶状体太薄或眼球前后方向太短,物体成像于视网膜后方. (2)矫正: 视眼对光的偏折（会聚）能力太弱，所以要用会聚透镜（凸透镜）来矫正。 3.预防近视 作业 布置 1. 配套同步分层作业 2. 观察生活中更多的透镜的利用，思考它们的原理，并用所学知识进行解释，下节课分享交流 。 教学反思 在学习了照相机的工作原理和调节的基础上。一定要结合照相机来理解眼睛的成像原理和特点。和照相机不同的是。照相机是通过调节像距来调节像。而眼睛是通过调节焦距，来调节看远近不同的物体的像。引导学生理解人眼看远近物体都能看清的原因是晶状体在调节。 关于近视眼和远视眼的矫治，一方面引导学生分析光路图，利用他们所学过的知识寻找解决的办法，另一方面，师生共同设计方案探究，培养了学生动手操作能力和主动学习的兴趣。远视眼的成因和矫正更是放手让学生完成，这也体现了老师的引导地位和学生学习的主体地位。 / 学科网（北京）股份有限公司 $