Межпредметные связи в школе. Взаимосвязь биологии и математики в школьном образовании

4. Цветоощущение.

 

I.  Введение.

Учитель биологии: Ребята, мы живём в 21 веке.

Это век компьютеров, цифрового телевидения и мобильных телефонов. Очень важно в наше время иметь хорошее зрение и что не менее важно сохранить его до глубокой старости. Вот об этом мы сегодня и поговорим на уроке. Мы продолжим изучение строения глаза. Тема нашего урока

«Глаз – орган зрения, оптическая система. Гигиена зрения». На прошлом  уроке вы узнали, что глаз – это  сложный биологический орган  и сложнейшая оптическая система  с точки зрения биологии. А  сегодня  мы проведём не совсем обычный урок в кабинете физики. Мы будем его вести вдвоём с учителем физики – Еленой Николаевной.

 

II. Основная часть.

1. Эволюция органов  зрения.

1. Эволюция – это процесс  исторического развития, процесс  – очень длительный, по сути  бесконечный. В ходе эволюции  глаз совершенствовался, приобретал новые функции и формы. Вам были даны домашние задания: провести свои собственные исследования,  и узнать какие глаза имеют разные животные.

Глаза насекомых.

Вообще глаз насекомого сложно устроен. Он состоит из маленьких глазков - фасеток, шестигранных ячеек. А их у стрекозы от 28 тысяч до 100000.

Глаза рыб.

В подводном мире нет яркого света  и видимость даже в  чистой воде невысокая, поэтому рыбам  нет  надобности  настраивать глаза  на резкость для дальних расстояний, всё равно приходится все предметы рассматривать вблизи. У рыб глаза расположены по бокам головы, поэтому у них две разные картинки. Есть ещё третье, которое они видят сразу обоими глазами, неширокое пространство бинокулярного зрения в отличие  от монокулярного.

Глаза птиц.

Но самые зоркие глаза у птиц. У хищных птиц огромное глазное яблоко, удлинённой формы в виде телескопа. А на сетчатке три желтых пятна. Хищные птицы, например, орёл,  видит мышь в траве с высоты 1 км. Зрение у него 9 единиц, а у человека только 1 единица.

Учитель биологии

Ребята, какой вывод можно сделать?

Ответ учащихся: в ходе эволюции строение глаза усложнялось.

2. Строение глаза человека.

А теперь  вспомним строение глаза  человека. Кто расскажет строение глаза человека? Ответ учащихся:

 

 

 

3. Основные положения оптики. Повторение изученного материала.

Учитель физики:А теперь мы повторим основные положения геометрической оптики    (фронтальный опрос)

 

1. Что называется линзой?

Ученик: Линзой (от лат. lens — чечевица) называется прозрачное (обычно стеклянное) тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.

 

2. Какие вам известны виды  линз?

Ученик: Различают выпуклые линзы, у которых середина толще, чем края, и вогнутые линзы, у которых середина тоньше, чем края.

 

3. Что такое главная оптическая  ось линзы?

Ученик: Прямая, проходящая через центры С₁ и С₂ сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется главной оптической осью линзы.

 

4. Что называется фокусным расстоянием  линзы?

 Ученик: Расстояние от оптического центра линзы до ее главного фокуса называется фокусным расстоянием линзы

 

5. Что такое оптическая сила  линзы?

 Ученик:Физическая величина, обратная фокусному расстоянию линзы, обозначается буквой D и называется оптической силой линзы: .

 

6. Какая единица измерения оптической силы линзы?

 Ученик: Единицей оптической силы в СИ является метр в минус первой степени (м ^-1). Иначе эта единица называется диоптрией (дптр). 1 дптр — это оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м.

 

7. У каких линз оптические  силы линз отличаются знаком?

 Ученик: У собирающих и рассеивающих линз оптические силы отличаются знаком. Собирающие линзы обладают действительным фокусом, поэтому их фокусное расстояние и оптическая сила считаются положительными (F>0, D>0). Рассеивающие линзы обладают мнимым фокусом, поэтому их фокусное расстояние и оптическая сила считаются отрицательными (F<0, D<0).

 

 

4. Построение изображений,  даваемых линзой.

Изложение нового материала   (построение лучей - слайды на интерактивной доске).

При помощи линз можно не только собирать и рассеивать лучи света, но и получать разнообразные изображения предметов.

Для построения изображения каждой точки достаточно двух лучей. Такими лучами являются:

• луч, проходящий через центр линзы (при прохождении через линзу этот луч практически не изменяет своего направления);
• луч, падающий на линзу параллельно ее главной оптической оси (после преломления в линзе этот луч либо сам, если линза собирающая, либо своим продолжением в обратную сторону, если линза рассеивающая, проходит через главный фокус линзы).

 

 

В зависимости от расположения предмета относительно собирающей линзы на экране получаются различные изображения. Исследуем это явление, проведем лабораторную работу.

 

5. Лабораторная работа «Определение фокусного расстояния линзы. Получение изображений с помощью линзы».

 

Цель: при помощи линзы получить изображения, охарактеризовать их.

 

Оборудование: источник тока, лампочки на подставке, ключ, соединительные провода, экран, собирающие линзы, пластинка на которой сделана Г-образная прорезь, планшет.

 

Инструктаж по  технике безопасности.

1.Расположив линзу между окном  и экраном, получите на экране  резкое изображение какого-либо  удалённого предмета (окна кабинета, осветительной лампы).

  2.Измерьте расстояние от линзы до полученного изображения. Это и есть фокусное расстояние линзы.

   3. Источник располагаем от линзы на расстоянии большем, чем F, но меньшем, чем 2F. Получаем чёткое изображение. Каким получилось изображение?

Ученики:  Изображение получилось увеличенное и перевернутое.

Вывод записывается в тетрадь (на доске построение изображения).

 

Учитель:  Повторяем задание 1, но источник расположен на расстоянии меньшем, чем F. Получается ли изображение? Убираем экран и смотрим сквозь линзу. Изображение, которое вы видите, называется мнимым. Опишите его.

Ученики: Если посмотреть через линзу, то изображение получается прямое увеличенное (на доске построение изображения).

Учитель:  Еще раз выполняем задание 1, но на этот раз располагают источник света на расстоянии большем, чем 2F. Получаем чёткое изображение. Опишите его.

Ученики: Изображение получилось уменьшенное и перевернутое.

Вывод записывается в тетрадь. 

Учитель: Построим это изображение (одного ученика вызываем к доске, все остальные работают в тетрадях).

 

6. Глаз – оптическая система.

А теперь разберём строение глаза с точки зрения оптики.

 Человеческий глаз представляет  собой замкнутый объём примерно  сферической формы. Диаметр среднего  глаза человека составляет примерно 23- 25 мм. Среднее расстояние от  хрусталика до сетчатки 18,3 мм.

Глаз окружён прозрачной твёрдой  оболочкой белого цвета – склерой, которая защищает глаз от повреждений. Передняя часть склеры переходит  в прозрачную оболочку – роговицу толщиной 0,5 мм. За роговицей внутри склеры расположены передняя глазная камера, хрусталик, задняя глазная камера.

Хрусталик глаза человека представляет собой двояковыпуклую линзу и  обладает большой светопреломляющей  способностью. Ось хрусталика совпадает  с осью глазного яблока. Вещество, из которого состоит хрусталик бесцветное, прозрачное, плотное, сосудов и нервов не содержит, коэффициент преломления n=1.43.

Свет, преломляясь в оптической системе глаза, которую образуют роговица, хрусталик и стекловидное тело, даёт изображение на сетчатке

Средняя оптическая сила глаза составляет +59 диоптрий. Поскольку фокусное расстояние у такой линзы очень маленькое (17мм), то все наблюдаемые нами объекты располагаются за двойным фокусным расстоянием. Значит, изображение на сетчатке глаза получается уменьшенным, действительным и перевёрнутым   (слайд)

Первым, кто доказал, построив ход  лучей в оптической системе глаза, был И. Кеплер. 

 

7. Значение зрительной  зоны коры больших полушарий.

Каждый анализатор состоит из трёх частей: рецептора (воспринимающее звено), нервных путей и мозговых центров (обрабатывающее звено). В затылочной зоне коры больших полушарий находится зрительная зона, где и происходит обработка всей информации. Поэтому биологи  и говорят, что глаз смотрит, а мозг видит. Как вы думаете, верно ли это утверждение? (учащиеся высказывают своё мнение).

 

8. Гимнастика для глаз.

Мы сейчас с вами выполним два  упражнения для снятия напряжения и  три основных для укрепления мышц глаза. Эти упражнения простые и  в тоже время сложные. Надо строго следовать указаниям.

 

Упражнение № 1. «Игра в прятки»

1. Сядьте прямо и расслабьтесь. Шея и голова должны быть  на одной линии. 

  2. Ладонями закройте глаза, но не давите на них, свет не должен проникать в глаза.

3. Попытайтесь вспомнить что-нибудь  приятное.

4. Подержите так  несколько  секунд и постепенно приоткройте глаза.

5. Проделаем  так ещё 2 раза.

 

Упражнение № 2. «Сквозь пальцы».

1. Согните руки в локтях, поставьте  локти на  парту, так чтобы  руки были чуть ниже уровня  глаз.

2. Разомкните пальцы.

3. Делайте плавно повороты и  смотрите вдаль сквозь пальцы. Если вы делаете всё правильно, то руки должны проплывать мимо вас. Вам должно казаться, что руки движутся.

Упражнение № 3. Основной комплекс для укрепления мышц глаз.

            1. Сядьте удобно, посмотрите вдаль в окно. Глубоко и медленно вдыхая, сводим глаза на переносице и остановим на 2 секунды и, выдыхая, возвращаем их в исходное положение.

            2. Проделаем так ещё 2 раза.

          Упражнение № 4. Тоже самое, но сводим глаза на кончике носа.

            1. Сядьте удобно, посмотрите вдаль в окно. Глубоко и медленно вдыхая, сводим глаза на кончике носа и остановим на 2 секунды и, выдыхая, возвращаем их в исходное положение.

            2. Проделаем так ещё 2 раза.

 

           Упражнение № 5

1. Вдыхая, опускаем глаза вниз  и затем медленно поворачиваем их по часовой стрелке и останавливаемся в верхней точке (на 12-ти).

2. Не задерживаясь, выдыхая, опускаем  глаза до исходного положения  (до 6).

           3. Закрываем глаза на несколько секунд.

 

 

9. Лабораторная работа 2. Определение слепого пятна.

Цель: определить слепое пятно в  сетчатке.

В повседневной жизни мы не замечаем ещё одного странного свойства нашего зрения,– не видеть предметы, находящиеся  сбоку глаз, хотя свет от них входит в глаз и достигает сетчатки. Следовательно, на сетчатке обоих глаз есть определённое место, на котором нет светочувствительных клеток. Оно расположено в месте входа зрительного нерва в глазное яблоко, недалеко от жёлтого пятна. Его называют слепым пятном. Диаметр его 1,8 мм. Убедиться в его существовании можно с помощью простого теста.

Прикройте рукой левый глаз и  поместите рисунок на расстоянии 15 см от глаз. Смотрите правым глазом на крестик и медленно приближайте  и удаляйте рисунок до тех пор, пока один из трех кружков не будет  виден.

Чем объяснить это явление?

Ученик: Изображение попало на слепое пятно, поэтому мы его не видим.

 

10. Близорукость и дальнозоркость.

Учитель биологии: В норме, при расслаблении мышц ресничного тела, параллельные лучи света, пройдя хрусталик, попадает на сетчатку. Но глаз человека – совершенный прибор, так как для человека, в отличие от животных, зрение не является жизненно важным. В человеческом обществе не происходит отбора по этому признаку. Поэтому у людей часто встречается нарушение зрения. Наиболее распространенные среди них – близорукость и дальнозоркость.

Эти нарушения могут быть врождёнными и приобретёнными. Причиной врожденной близорукости может быть удлинённая форма глазного яблока. В этом случае изображение фокусируется перед сетчаткой. При врождённой дальнозоркости глазное яблоко укорочено, поэтому изображение фокусируется перед сетчаткой.

Причиной приобретённых нарушений зрения чаще всего является ослабление реснитчатой мышцы, поэтому уменьшение способности хрусталика изменять кривизну. В обоих случаях изображение их сетчатке оказывается нечётким. В результате близорукие хорошо видят детали близко расположенных предметов, но плохо видят вдаль. Дальнозоркие хорошо видят отдалённые предметы, но плохо видят то, что расположенных вблизи от глаз.

 

 

 

 

 

 

 

  11. Близорукость и дальнозоркость.

 

Учитель физики:

 Исправить этот дефект удается с помощью очков. При близорукости изображение удалённого предмета получается перед сетчаткой . Чтобы оно отодвинулось от хрусталика и переместилось на сетчатку, следует применять очки с рассеивающими линзами. Такие очки имеют отрицательную  оптическую силу. Поэтому, если врач-окулист выписывает пациенту очки, оптическая сила, которых, например, -2 дптр, то, что означает, что он близорук.