Конспект урока: Глаз и зрение. Оптические приборы

Строение глаза человека

На рисунке 1 изображено схематическое изображение человеческого глаза.

Рис. 1. Строение человеческого глаза

Внешняя твёрдая оболочка глаза называется склерой, прозрачная для света часть склеры называется роговицей, остальная часть склеры представляет собой непрозрачный белок. За роговицей находится водное тело, за ним — радужная оболочка. Цвет радужной оболочки определяет цвет глаз. 

Зрачок — это отверстие в центре радужной оболочки. Размер зрачка меняется в зависимости от освещения: при ярком его размер составляет около 2 мм в диаметре, в темноте — около 8 мм.
 

Хрусталик представляет собой упругое тело в форме двояковыпуклой линзы, хрусталик может деформироваться, за счёт чего при необходимости изменяется его фокусное расстояние.
 

Стекловидное тело — это прозрачная студенистая масса, заполняющая пространство между хрусталиком и сетчаткой в глазу.

Задняя часть склеры, называемая глазным дном, покрыта сетчаткой. Сетчатка состоит из множества тончайших волокон, которые являются разветвлениями зрительного нерва. На каждом волокне сетчатки находится светочувствительный рецептор в виде палочки или колбочки. Свет попадает на палочки и колбочки, а те, в свою очередь, посылают в мозг соответствующие сигналы.

Мозг обрабатывает поступившие сигналы, преобразуя их в зрительные ощущения.

Оптическая система глаза, включающая роговицу, водное тело, хрусталик и стекловидное тело, представляет собой собирающую линзу. Изображение, формируемое на сетчатке, является действительным, уменьшенным и перевёрнутым. Человек видит реальные размеры и положение окружающих его тел, так как мозг человека начинает сопоставлять информацию, передаваемую колбочками и палочками, с информацией от других органов чувств, начиная уже с первых месяцев жизни.

Зрительные ощущения формируются в мозгу примерно через 0,14 с после того, как изображение попало на сетчатку глаза. Видеофильмы состоят из множества отдельных кадров, но мы не видим, как они сменяют друг друга, так как частота смены кадров составляет более 20 Гц.
 

Изменение формы хрусталика позволяет регулировать оптическую силу глаза. Это необходимо, чтобы отчётливо видеть, как предметы, расположенные вблизи, так и отдалённые тела. Данное явление называется аккомодацией.
 

Если приблизить предмет к глазам, увеличивается угол зрения, под которым виден предмет. Благодаря этому растёт количество светочувствительных рецепторов, воспринимающих световые лучи и посылающих сигналы в мозг. Всё это позволяет разглядеть мелкие детали предмета.
 

При нормальном зрении изображение удалённого предмета формируется на сетчатке, при этом хрусталик глаза находится в недеформированном состоянии. Если перевести взгляд с удалённого предмета на предмет, расположенный вблизи, хрусталик сжимается, увеличивается оптическая сила глаза. 

Предел аккомодации наступает, когда предмет находится ближе, чем в 12 см от глаз. При уменьшении этого расстояния глаз не может сфокусироваться на изображении, мы видим его нечётким и быстро начинаем чувствовать неприятные ощущения в глазах. 

Для человека с нормальным зрением оптимальное расстояние между глазами и предметом с мелкими деталями составляет 25 см — это расстояние наилучшего зрения.

Рис. 2. Ход лучей через хрусталик глаза при нормальном зрении, близорукости и дальнозоркости

Именно такого расстояния следует придерживаться при письме или чтении книг, в этом случае даже при длительной работе глаза будут работать без напряжения.

 

С возрастом хрусталик глаза теряет упругость, из-за этого у многих людей развивается старческая дальнозоркость.

 

При нормальном зрении пучок параллельных лучей, попадающий в глаз, фокусируется на сетчатке (рис. 2, а). У человека, страдающего близорукостью, лучи будут фокусироваться перед сетчаткой (рис. 2, б), у дальнозоркого человека — за сетчаткой (рис. 2, в).

Для коррекции близорукости используются очки с рассеивающими линзами, для коррекции дальнозоркости — с собирающими.

 

На сетчатках правого и левого глаза формируются разные изображения одного и того же предмета. Мозг преобразует их в одну картинку, благодаря чему мы видим предметы объёмными. Чем дальше предмет, тем сильнее кажется, что он плоский, так как в этом случае изображения, формируемые в глазах, будут практически идентичны.

Оптические приборы

Оптические приборы — это устройства, предназначенные для формирования изображений различных объектов на экранах, светочувствительных пластинках, фотоплёнках, в глазу человека или др.
 

На рисунке 3 представлена упрощённая схема фотоаппарата.

Свет попадает в объектив, представляющий собой систему линз. Диафрагма необходима для регулирования светового потока.

Рис. 3. Устройство зеркального фотоаппарата

После прохождения системы линз свет попадает на полупрозрачное зеркало. Часть потока отражается от зеркала и попадает в видоискатель — устройство, позволяющее увидеть будущее изображение предмета. Объектив создаёт перевёрнутое изображение, поэтому перед видоискателем установлена поворотная призма.

При нажатии на кнопку фотоаппарата зеркало поднимается, свет попадает на светочувствительный элемент — матрицу.

На рисунке 4 изображён проекционный аппарат, используемый для получения увеличенных изображений.
 

Объектив О, состоящий из системы линз, фокусирует изображение предмета, нанесённое на диапозитив Д, на удалённый экран Э. Конденсатор К также является системой линз, он необходим для концентрации света от источника S на диапозитиве.

Рис. 4. Схема проекционного аппарата

Изображение на экране действительное, увеличенное и перевёрнутое. Размер получаемого изображения можно менять, изменяя расстояние между диапозитивом и объективом, а также изменяя положение экрана.

Итоги

• Оптическая система глаза, включающая роговицу, водное тело, хрусталик и стекловидное тело, представляет собой собирающую линзу. Изображение, формируемое на сетчатке, является действительным, уменьшенным и перевёрнутым.
• При нормальном зрении пучок параллельных лучей, попадающий в глаз, фокусируется на сетчатке. У человека, страдающего близорукостью, лучи будут фокусироваться перед сетчаткой, у дальнозоркого человека — за сетчаткой.
• Для коррекции близорукости используются очки с рассеивающими линзами, для коррекции дальнозоркости — с собирающими.