跨学科实践16.1 制作可调节的眼球成像模型
实践目的
根据眼球的结构和成像原理，运用相关学科知识和方法，选择适当的材料和工艺，制作眼球结构模型和成像模型，并演示正常眼的成像，以及近视眼、远视眼的成因和矫正方法。
实践原理
当物体（如燃烧的蜡烛）与透镜的距离大于2倍焦距时，物体在凸透镜的另一侧（如白屏）形成倒立、缩小的物像。晶状体位于虹膜后方、玻璃体前方，双凸，富有弹性，像一块双凸透镜，是眼球调节折光能力的主要结构。当睫状肌收缩时，有弹性的晶状体曲度变大，屈光力增强，物像落在视网膜上，可看清近处物体。当睫状肌舒张时，晶状体曲度变小，物像落在视网膜上，可看清远处物体。当发生屈光不正时，物像不能落在视网膜上，导致视物不清，可通过佩戴合适的眼镜进行矫正。
器具材料
F光源和蜡烛光源的两款光具座，水透镜和配套的注射器等用于制作眼球成像模型的器材。
实践步骤

一、探究眼球成像原理
搭建装置
参照教科书图16-13，在光具座上安装10厘米焦距的凸透镜、蜡烛和白屏

调整间距，取得清晰物像
调整蜡烛、凸透镜与白屏之间的距离，直到白屏上出现清晰的物像为止
测定物距和像距
测定物距和像距
在表格中记录相应数据和像的性质
更换凸透镜，重新取得清晰物像
更换为5厘米焦距的凸透镜，保持物距不变，调整凸透镜与白屏之间的距离，使物像清晰
再次测定物距和像距
再次测定物距和像距
在表格中记录相应数据和像的性质

实验
凸透镜焦距
蜡烛与凸透镜之间的距离(物距)
凸透镜与白屏之间的距离(像距)
像的性质(正倒、放缩)
1
10厘米
图3
2
5厘米

二、制作眼球成像模型
基于上述探究，利用提供的实践器材、身边可以获得的材料(如水透镜等)，制作眼球结构模型和成像模型。
1. 设计方案
根据模型制作的目的，小组讨论需要制作的结构、应演示的现象等，制订和完善方案，明确具体分工。
可调节眼球成像模型制作方案
(1)小组分工
模型设计者:
材料准备者:
调试优化者:
功能演示者:
(2)制作步骤
图4
(3)待解决问题

2. 选择材料
根据方案，选择可获得的、符合要求的材料用具。将需要的材料用具和各部件是否需要加工等记录在下表中。
眼球结构
制作所需的材料用具
是否需要加工(需要的打"√")
角膜
房水
晶状体
图5
玻璃体
视网膜

(续表)
眼球结构
制作所需的材料用具
是否需要加工(需要的打"√")
脉络膜
睫状体
图6
虹膜
巩膜

3. 制作部件并组装
根据需要加工材料，制作成小部件；组装各部件，完成眼球的三维结构模型。
4. 调试和完善
调试和优化模型，以得到最佳的成像效果，并完善方案。
5. 组内演示
组内演示正常眼的成像，以及近视眼、远视眼的成因和矫正方法。
记录最佳的演示方案:
演示
视网膜上成像
水透镜配套注射器的水量刻度
物距
像距
正常眼
清晰、倒立
近视眼
模糊、倒立
近视眼矫正
清晰、倒立
图7
远视眼
模糊、倒立
远视眼矫正
清晰、倒立

6. 展示交流和评价
向全班展示模型，从科学性、创造性等方面介绍模型，小组间相互评价。

; 大于20厘米
; 大于10厘米小于20厘米
; 倒立、缩小
; 大于10厘米
; 大于5厘米小于10厘米
; 倒立、缩小
;
; 张三
; 李四
; 王五
; 赵六
; 搭建框架：用硬纸板制作眼球外壳(模拟巩膜)，内部涂黑(模拟脉络膜)。 安装光学系统：  ①前端开孔，固定透明塑料片(模拟角膜)，后注水(模拟房水)。  ②中部安装水透镜(模拟晶状体)，连接注射器以调节凸度。  ③水透镜后填充透明果冻或胶体(模拟玻璃体)。 制作视网膜：末端固定白色硬纸板(模拟视网膜)，位置可前后微调。 添加调节结构：用弹簧连接水透镜与外壳(模拟睫状肌)，通过注射器注水/抽水改变晶状体曲度。  调试成像：点燃蜡烛作为光源，调整物距、像距及水透镜凸度，直至视网膜上形成清晰倒立缩小的像。 ; 如何确保水透镜密封性，避免漏水？如何精确控制注射器水量以模拟晶状体曲度变化？如何固定视网膜位置并实现微调？(合理答案均可) ; 透明塑料片
; √
; 水
; √
; 水透镜
; √
; 透明胶体
; √
; 白色硬纸板
; √
; 棕色纸
; √
; 弹簧
; √
; 黑色圆形纸
; √
; 硬纸板
; √
; (根据组内的实际演示记录即可) ; 适量
; 适当
; 适当
; 过多
; 适当
; 适当
; 适量（加凹透镜后）
; 适当
; 适当
; 过少
; 适当
; 适当
; 适量（加凸透镜后）
; 适当
; 适当
; (根据实际情况如实评价即可)