眼睛和眼鏡一節要說明的一個問題

2021-01-13 浩學物理

近日,有學生詢問眼睛是如何調節從而看清近處和遠處的物體這一問題。

教材上關於眼睛的調節是這樣描述的:

學生的疑問正在於為什麼「睫狀體放鬆時,晶狀體較薄;睫狀體放鬆時,晶狀體較薄」。常見的解釋是「我們在生物課上已經學習過眼球的結構,所以我們知道睫狀體放鬆時,晶狀體較薄……」;也有這樣的解釋:晶狀體本身較為扁平,所以睫狀體放鬆時,晶狀體較薄;當睫狀體收縮時,晶狀體被其周圍的肌肉或組織擠壓,從而變厚……。

第一種解釋並沒有回答問題,而是隱性地把問題推給生物老師和學生,事實上生物課上學習過眼球的結構後,學生也真的不知道,不然就不會有此疑問;第二種解釋則根本就是錯誤的。

當我們的學生追問時,我們如何回答?

物理是科學學科,須有尊重事實、追求真理的科學態度。教材上眼球的結構圖是較為粗略的,我們先看一下眼球的眶區圖和人眼的水平切面圖:

事實上光線進人眼到達視網膜要經過3個折光面:空氣一角膜界面,房水一晶狀體界面,晶狀體一玻璃體界面,其中空氣—角膜界面的折射最強(這也是為什麼手術矯正近視首選角膜的原因之一)。角膜和晶狀體的共同作用相當於一個凸透鏡。

正常眼在靜息狀態時,來自遠處的平行光線聚焦在視網膜上。當物體向眼移近時,則來自物體的光線越來越輻散。如果眼的折光系統不變,這些輻散的光線將聚焦在視網膜之後,視網膜上成像模糊。因此,人眼從看遠處物體改換到看近處物體時要進行調節。調節主要是增加晶狀體前表面的曲度。晶狀體是富有彈性的組織,當看遠處物體時,睫狀肌舒張,睫狀小帶由於眼球壁的張力將懸掛其中的晶狀體拉成扁平形,相當於凸透鏡的焦距變大,折光能力變弱,來自遠處的平行光線恰好聚焦在視網膜上。看近處物體時,睫狀肌收縮,晶狀體附近眼球壁互相靠近,使睫狀小帶舒張(張力變小),晶狀體由於本身的彈性而增加曲度,相當於凸透鏡焦距變小,折光能力變強,能使來自近處的輻散的光線聚焦在視網膜上,從而看清近處的物體。

近視眼的成因:當經常性、長時間看近處物體,睫狀肌一直處於收縮狀態,長此以往,睫狀肌舒張時眼球壁不能恢復到正常位置,睫狀小帶張力不足,晶狀體則不能被拉的足夠扁平,相當於凸透鏡的折光能力依然較強,則遠處的物體成像在視網膜前,形成近視眼。

遠視眼(老視眼、老花眼)的成因:晶狀體的彈性減小(當人的年齡到達45歲左右時,晶狀體彈性開始迅速減小),看近處物體時雖然睫狀肌儘量收縮,睫狀小帶儘量舒張,但晶狀體卻不能達到正常的曲度,相當於凸透鏡折光能力依然較弱,近處物體成像在視網膜後,因而成為遠視眼。所以中老年人要戴老視鏡(凸適鏡)才能看清楚近處的物體。

希望上述闡釋有助於我們給「學霸級」學生解釋清楚眼睛是如何調節從而看清近處和遠處的物體這一問題,有助於學生理解相關內容。

祝工作愉快。

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