5.4 眼睛和眼镜（教学设计）物理新教材人教版八年级上册

该初中物理教学设计聚焦眼睛构造、成像原理、近视与远视成因及矫正、眼镜度数等核心知识，通过生活问题导入，以凸透镜成像规律和照相机知识为支架，衔接生物眼球结构与物理光学原理。 此资料亮点在于实验模拟与跨学科整合，用水透镜模拟晶状体调节及近视远视矫正实验，结合《眼睛的奥秘》等视频辅助，培养科学探究与科学思维能力，强化健康用眼的科学态度，助力学生从感性到理性认知，为教师提供可操作的实验方案与教学资源。

第4节 眼睛和眼镜（教学设计） 年级 八年级 学科 物理 教师 课题 第4节 眼睛和眼镜 教学 目标 物理观念 了解眼睛的构造，知道眼睛是怎样看见物体的。通过实验模拟近视眼和远视眼，了解近视眼和远视眼形成的原因，了解近视眼和远视眼矫正的方法。 科学思维 能基于眼睛的结构和凸透镜成像的特点，根据已知的事实和证据，建立模型，进行逻辑推理和分析，发展科学思维能力。 科学探究 通过观察模拟眼睛和眼镜的实验，发展收集证据和解释现象的能力。 科学态度 与责任 能从物理学的角度认识眼睛的重要性，养成健康用眼的习惯，具有保护视力的意识。 教材 分析 眼睛是人体最重要的器官之一，它是一个相当复杂的天然光学仪器。从结构上看，眼球类似于照相机。通过本节的学习，学生应了解眼睛的结构，知道晶状体的形状对观察景物的影响。通过对近视眼、远视眼成因的研究和矫正方法的讨论，提高学生探索知识的能力。 本节的内容紧密联系实际生活，注重跨学科整合和学生实践能力的培养，不仅涉及物理学科的知识，还融合了生物学科的内容。本节通过介绍眼睛的构造和功能，帮助学生建立对生物体结构和功能之间关系的认识，促进了跨学科知识的学习和整合。在教学方式上，可以采用探究式学习、合作学习等多种方式，旨在提高学生的科学素养和综合素质。 学情分析 本节面向八年级学生，他们已在生物课中初步了解眼球生理结构，此前也系统学习了凸透镜成像规律、照相机等生活透镜知识，具备一定的光学基础。 学生对近视、戴眼镜等生活场景有充足感性体验，对“为什么近视看不清远处”“眼镜怎么帮人看清东西”这类问题充满好奇心，学习内驱力较强。但他们的认知普遍停留在现象层面，难以将“晶状体厚薄变化”和“凸透镜焦距调节”建立精准的物理关联，容易把眼睛的成像调节和照相机的“移物移屏”规律混淆。 同时学生容易形成思维定势，受之前凸透镜静态成像的知识影响，很难理解“像距不变、靠改变焦距让远近物体都成像在视网膜上”的动态调节逻辑，也容易混淆近视、远视的成因和对应的矫正透镜类型，需要借助直观的水透镜模拟实验，把抽象的光路变化转化为可见的实验现象，帮学生完成从感性体验到物理规律的认知跨越。 教学重点 1. 眼睛成像原理和调节作用。2. 近视和远视的成因及矫正。 教学难点 近视眼、远视眼的成因及矫正方法。 教学 器材 光具座、水凸透镜、F光源、光屏、近视眼镜、远视眼镜各一架。 课件。包含视频资料：①视频讲解—《眼睛的奥秘》；②视频讲解—《近视眼与远视眼》；③视频讲解—《眼镜的度数》；④课堂总结—《眼球结构、成像原理以及近视远视成因》。 教学过程 导入新课 【提问】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。而人老了也需要戴眼镜才能看清近处的物体，这两种眼镜一样吗？ 学习新课 一、眼睛 眼睛的教学应紧紧围绕凸透镜的成像特点来开展，按照教材图5.4-1或利用动画辅助讲解眼睛的构造、成像原理，并把它与照相机作比较。 【学生活动】阅读教材126页，观看图5.4-1，说出眼睛的构造，眼睛是怎样观察物体的。 【师生归纳】 1. 眼球的主要结构及各部分作用 眼球主要由晶状体、睫状体、瞳孔、角膜、视神经、视网膜、玻璃体等组成。 眼球好像一架照相机（注意与照相机对比分析）。 ①晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜； ②视网膜相当于照相机的胶片； 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，观看物体时，物距大于2倍焦距，来自物体的光进入人眼，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。 照相机成像的过程 眼睛看见物体的过程 3. 眼睛的调节 【学生活动】思考：用凸透镜使距离不同的物体成像，像与凸透镜之间的距离会不同，而用眼睛看远近不同的物体时，像都成在视网膜上，即像与凸透镜之间的距离不变，这不是与凸透镜成像的规律矛盾吗？人眼如何使远近不同的物体都在视网膜上成清晰的像？ 【实验演示】模拟眼睛的调节 （1）将水透镜（凸透镜）和光屏放置在光具座上。将光源位置固定，调节水透镜和光屏的位置，让光源通过水透镜在光屏上形成一个清晰的像。启发学生思考这套装置是怎样模拟眼睛看物体的。 （2）光屏的位置不变，改变光源的位置，改变水透镜内注入的水来改变水透镜的焦距，观察光屏上是否得到烛焰的像。 【分析】 （1）光源为被观察的物体，水透镜模拟晶状体和角膜，光屏模拟视网膜。眼睛之所以能看到物体，是因为来自物体的光通过晶状体和角膜折射后，在视网膜上成像。 （2）光屏的位置不变，改变光源的位置，通过改变水透镜内注入的水来改变水透镜的焦距，发现光屏上能得到烛焰的像。 【师生归纳】 （1）正常眼睛的调节 眼睛通过睫状体改变晶状体的形状，从而改变晶状体的折光能力。 当我们看远处的物体时，睫状体放松，晶状体比较薄，对光的偏折能力变小，远处物体射来的光（近似平行光）刚好会聚在视网膜上，人们就可以看清远处的物体。 当人们看近处的物体时，睫状体收缩，晶状体变厚，对光的偏折能力变大，近处物体射来的光（非平行光）照样能会聚在视网膜上，人们就可以看清近处的物体。 眼睛的调节是一个协同工作的过程，通过睫状体和晶状体的合作，使我们能够看到不同距离物体的清晰的像。这个生理机制是我们日常生活中视觉适应的基础。 （2）远点、近点和明视距离 ①远点：眼睛的调节是有限度的，当睫状体完全松弛时，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。 【例题1】如图是人眼的结构图，图中人眼看物体主要是通过改变睫状体来改变晶状体的形状。当睫状体放松时，刚好能看清远处的物体，此时眼睛的焦距变化和成像情况分别是（   B  ） A．焦距变短，成正立的放大的实像 B．焦距变大，成倒立的缩小的实像 C．焦距变短，成倒立的放大的实像 D．焦距变大，成正立的缩小的实像 【详解】人眼看物体时，其成像原理相当于一个凸透镜成像。晶状体和角膜的组合体相当于一个凸透镜，视网膜相当于光屏。人眼通过调节晶状体的厚薄来改变焦距，从而看清远近不同的物体。当看远处物体时，物距很大，为了使像能清晰地成像在像距基本不变的视网膜上，需要增大晶状体的焦距。此时，睫状体放松，晶状体被拉长变薄，曲率变小，焦距变大。看远处物体时，物距远大于晶状体的二倍焦距。根据凸透镜成像规律，当物距大于二倍焦距时，在另一侧光屏上成一个倒立、缩小的实像。所以看远处物体时，睫状体放松，晶状体变薄，焦距变大，此时物距远大于二倍焦距，在视网膜上成倒立、缩小的实像。故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。 学习新课 二、近视眼及其矫正 【学生活动】思考。 （1）若眼睛的睫状体不能调节或调节能力减弱时，会出现什么情况呢？ （2）什么是近视眼？近视眼是怎样形成的？ （3）怎样矫正近视眼？ 【师生分析】 当晶状体不能调节或调节能力减弱时，看清物体的范围会减小，就是日常所讲的近视眼、远视眼。 1. 近视眼 如果长期不注意用眼卫生，睫状体疲劳过度，调节能力降低，会造成晶状体变厚，焦距变 小，折光能力增强。这时像只能成在视网膜前方，而在视网膜上形成的是模糊不清的光斑，这样就形成了近视眼。 2. 近视眼的矫正 近视眼可以用凹透镜矫正，因为凹透镜能使光发散。经矫正后，光会聚在视网膜上，就能得到清晰的像（见图乙）。 【实验演示】近视眼的矫正 向水透镜中再注入适量水，减小水透镜的焦距，模拟近视眼，让学生观察光屏上成像的情况。保持光屏位置不变，在水透镜前加一个合适的凹透镜，在光屏上就能成清晰的像。从以上实验结果可知，近视眼患者应戴凹透镜。 【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   ）    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 【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。 学习新课 三、远视眼及其矫正 【学生活动】思考： 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? （1）什么是远视眼？远视眼是怎样形成的？ （2）怎样矫正远视眼？ 【师生归纳】 1. 远视眼 如果晶状体变薄，焦距变大，折光能力减弱，且睫状体不能自行调节，像成在视网膜后方, 在视网膜上形成的也是模糊不清的光斑，这样就形成了远视眼。 2. 远视眼的矫正 远视眼可以用凸透镜矫正，因为凸透镜能使光会聚。经矫正后，光会聚在视网膜上，得到清晰的像。 【实验演示】远视眼的矫正 从水透镜中抽出适量水，增大水透镜的焦距，模拟远视眼，让学生观察光屏上成像的情况。保持光屏位置不变，在水透镜前加一个合适的凸透镜，在光屏上就能成清晰的像。从以上实验结果可知，远视眼患者应戴凸透镜。 【例题3】眼睛通过佩戴镜片可以实现对视力的矫正。关于如图所示的光路图，下列说法正确的是（　D　） A．此图中矫正视力的镜片是一个凹透镜 B．此图模拟的是矫正近视眼的情况 C．若去掉镜片，来自物体的光将会聚在视网膜前 D．正常眼的明视距离为25cm 【详解】A．图中矫正视力的镜片中间厚，边缘薄，是凸透镜，不是凹透镜，故A错误； B．此图中光线经过镜片和晶状体两次会聚后呈现在视网膜上，模拟的是矫正远视眼的情况（远视眼像成在视网膜后方，需凸透镜矫正），而近视眼是像成在视网膜前方，需凹透镜矫正，所以不是矫正近视眼的情况，故B错误； C．若去掉镜片，因为这是远视眼的矫正图（远视眼原本像成在视网膜后方），去掉对光线有会聚作用的凸透镜后，来自物体的光将会聚在视网膜后方，而不是视网膜前，故C错误； D．正常眼的明视距离（看清物体最清晰、最不容易疲劳的距离）为25cm，故D正确； 故选D。 学习新课 四、眼镜的度数 【学生活动】阅读课本128页“科学世界”——《眼镜的度数》。思考并回答： （1）什么是透镜焦度？ （2）什么是眼镜度数？知道眼镜的度数与焦距的关系是什么？ 【师生归纳】 1. 透镜焦度 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，用Φ表示。 透镜焦度：Φ= ，单位：m-1 如果某透镜的焦距是0.5m，它的焦度： Φ = = =2 m-1 2. 眼镜度数 如果远视很严重，眼镜上凸透镜的折光本领应该大一些，透镜焦度就要大一些。平时说的眼镜片的度数，就是镜片的透镜焦度乘100的值。 眼镜度数：100Φ= ，单位：度。 例如，500度镜片的透镜焦度是5m-1 ，它的焦距是0.2m。 远视镜片的度数用正数表示，近视镜片的度数用负数表示。 【学生活动】回答以下问题： （1）看书上的字，测出你的近点，和其他同学的比较一下。正常眼、近视眼、远视眼的近点相同吗？有什么规律？ （2）+300度和-200度的眼镜片，哪个是远视镜片？它的焦度是多少，焦距是多少？ （3）取一副老花眼镜，测定它的两个镜片的度数？ 【师生分析】 （1）不同。根据眼球的形态、眼轴的长短不同，眼睛的屈光分为正视、近视和远视等几种情况。 人眼能看清的最近距离叫近点，如果在不戴镜矫正的情况下，正视眼的近点大约是在10cm处，近视眼的近点小于10cm，远视眼的近点一般大于30 cm，部分可达50 cm以上。 （2）+300度的眼镜片是远视镜片；眼镜度数 D=100Φ（度） 镜片焦度 Φ =D/100=300/100=3（m-1） 根据Φ=1/f，镜片的焦距 f=1/Φ =0.33m （3）利用平行光测出老花镜的焦距f ，则镜片的度数 D=100/f 【例题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，没戴这副眼镜之前，人眼成像在视网膜之______（选填“前”或“后”）。 【答案】 老花镜 0.5 后 【详解】由于近视眼镜片是凹透镜，物体通过凹透镜成的是正立、缩小的虚像，而这副眼镜靠近物理课本，发现课本上的文字变大了，则说明这副眼镜是老花镜，老花镜是凸透镜。 眼镜的度数是200度，根据凸透镜焦距跟眼镜度数的关系有 所以凸透镜的焦距为0.5 m。这副眼镜是老花镜，则戴这副眼镜的人眼为远视眼，所以戴这副眼镜之前，人眼成像在视网膜之后。 巩固练习 1．人眼是一个高度精密的光学系统，下列围绕人眼的讨论，错误的是（　　） A．角膜和晶状体的共同作用相当于凸透镜 B．视网膜相当于光屏 C．来自物体的光会聚在视网膜上，形成一个正立的像 D．眼球好像一架照相机，外界物体在视网膜上成的像是缩小的 【答案】C 【详解】AB．眼睛相当于一架照相机，晶状体和角膜相当于照相机的凸透镜，视网膜相当于光屏，故AB正确，不符合题意 ； CD．我们看物体时，是通过睫状体的伸缩来调节晶状体的弯曲程度，改变晶状体的焦距，使不同远近的物体都能在像距相同的视网膜上生成清晰的倒立缩小的实像，故C错误，符合题意；D正确，不符合题意。故选C。 2．如图所示的四幅示意图中，表示近视眼成像和近视眼矫正后成像情况的分别是（　　） A．乙和丙 B．乙和丁 C．甲和丙 D．甲和丁 【答案】C 【详解】近视眼成像在视网膜前面，需用中间薄两边厚的具有发散作用的凹透镜矫正，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。 3．如图所示，拿一个近视眼镜放在凸透镜前，光屏上出现烛焰清晰的像，而拿走近视眼镜则烛焰的像变得模糊。那么在拿走近视眼镜后，下列操作能使光屏上重新得到清晰像的是（　　）    A．将光屏适当远离凸透镜 B．将蜡烛适当远离凸透镜 C．将光屏适当移近凸透镜 D．同时将光屏和蜡烛适当远离凸透镜 【答案】C 【详解】根据近视眼的成因和矫治原理可知，去掉近视镜后，像会成在光屏前，所以要使光屏上重新得到清晰的像可以将光屏适当靠近凸透镜。根据物近像远像变大的规律，也可以将蜡烛适当靠近凸透镜。或者两种做法结合，同时将光屏和蜡烛适当靠近凸透镜也可。 故选C。 4．（多选题）在“爱眼日”宣传活动中，小明用图所示的装置研究眼睛的成像，此时烛焰在光屏上成清晰的像，用此模拟正常眼睛的成像。接下来下列操作说法正确的是（    ） A．向水透镜注水，烛焰的像成在光屏右侧，可模拟近视眼 B．向水透镜注水，烛焰的像成在光屏左侧，可模拟近视眼 C．从水透镜抽水，烛焰的像成在光屏右侧，可模拟远视眼 D．从水透镜抽水，烛焰的像成在光屏左侧，可模拟远视眼 【答案】BC 【详解】AB．近视眼是由于长期看近处的东西导致晶状体变厚，折光能力变强，像成在视网膜前。所以用水透镜模拟近视眼，需要透镜对光线的会聚能力更强，所以此时应对水透镜注水，使得凸透镜变厚，焦距变小，使得像成在光屏左侧。故A错误，B正确； CD．远视眼是晶状体变薄，折光能力变弱，像成在视网膜后，所以用水模拟远视眼，需要透镜对光线的会聚能力更弱，所以此时应对水透镜抽水，使凸透镜变薄，焦距变大，像成在光屏右侧，故C正确，D错误。 故选BC。 5．（1）如图所示为小明的眼睛看物体时的成像情况，则他的眼病及需要用来矫正的透镜分别是（ ） A．近视    凸透镜 B．近视    凹透镜 C．远视    凸透镜 D．远视    凹透镜 （2）若他所戴眼镜镜片的焦距为-0.2m，则该透镜的焦度为____m-1，眼镜度数为___度。 【答案】 B -5 -500 【详解】（1）由题图可知，像成在了视网膜的前方，是近视眼折光系统的光路示意图，应戴凹透镜进行矫正，故B选项正确，ACD错误； （2）焦度 眼镜度数是镜片的透镜焦度乘100的值，故眼镜度数为 6．在探究近视眼的矫正课外实验中：调整烛焰（模拟远处的物体）、水凸透镜（模拟晶状体，与注射器相连，其凸起程度可通过注射器注入或抽出水来调节）、光屏（模拟视网膜）在光具座上的位置。 （1）如图所示，此时在光屏上得到了烛焰清晰的像，该像是倒立、缩小的实像，如果把蜡烛和光屏位置对调，则成______、______的实像。 （2）向水凸透镜内______（选填“注入”或“抽出”）适量的水来模拟近视眼，发现光屏上原来清晰的像变模糊了。若将光屏向靠近透镜的方向移动适当距离，再次得到清晰的像。说明近视眼将远处的物体成像在视网膜______（选填“前”或“后”）。若光屏不移动，在烛焰和水凸透镜间加一个焦距合适的凹透镜，光屏上也能得到清晰的像。说明近视眼镜是______透镜。 【答案】（1）倒立；放大；（2）注入；前；凹 【详解】（1）此时在光屏上得到了倒立、缩小的实像，如果把蜡烛和光屏位置对调，根据光路的可逆性则成倒立、放大的实像。 （2）根据近视眼的成因，向水凸透镜内注入水，凸透镜变厚，此时凸透镜对光的会聚作用变强，像将成在光屏之前，即近视眼将远处的物体成像在视网膜之前。要使像能成在原来光屏的位置，可以在烛焰和水凸透镜间加一个焦距合适的凹透镜，光屏上也能得到清晰的像，说明近视眼镜是凹透镜。 板书设计 第4节 眼睛和眼镜 一、眼睛 1. 眼球的主要结构与作用：眼球相当于一架照相机。晶状体和角膜相当于凸透镜，视网膜相当于胶片，瞳孔相当于照相机的光圈。 2. 视物原理：视网膜上的感光细胞受光的刺激产生信号，视神经把这个信号传输给大脑。 3. 眼睛的调节：通过睫状体改变晶状体的厚薄，看清近处和远处的物体。 4. 近点和远点：正常眼睛的近点约10cm，远点在无限远处。 5. 明视距离：大约为25cm。 二、近视眼和远视眼 1. 近视眼及其矫正：晶状体太厚或眼球前后方向太长，成像于视网膜前，要佩戴凹透镜。 2. 远视眼及其矫正：晶状体太薄或眼球前后方向太短，成像于视网膜后，要佩戴凸透镜。 三、眼镜的度数 1. 透镜焦度：Φ= ，单位：m-1 2. 眼镜度数：是镜片的透镜焦度乘100的值。即：100Φ= ，单位：度。 课堂总结 第4节 眼睛和眼镜 作业 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $