Научно-практическая конференция школьников «Первые шаги в науку» icon

Научно-практическая конференция школьников «Первые шаги в науку»


Смотрите также:
Международная научно-практическая конференция школьников и педагогов «Первые шаги в науку»...
Название работы...
Методика исследований рекреационных зон 1 Экологическое состояние парков и скверов...
Международная научно-практическая конференция школьников «первые шаги в науку» научно...
Научно-практическая конференция школьников «Первые шаги в науку» Научно-исследовательская работа...
Программа Х ii городской научно-практической конференции школьников «первые шаги в науку»...
Международная научно-практическая конференция «Первые шаги в науку»...
Научно-практическая конференция учащихся и педагогов «Первые шаги в науку»...
Научно-практическая конференция школьников «Первый шаги в науку» числа-«великаны»...
Xiii научно-практическая конференция «первые шаги в науку»...
Районная научно-исследовательская конференция школьников «Первые шаги в науку»...
Районная научно-исследовательская конференция школьников «Первые шаги в науку»...



Загрузка...
скачать


Научно-практическая конференция школьников

«Первые шаги в науку»


«Глаз и фотоаппарат, как оптические системы».


Предметная область физика


Автор Ячменев Алексей Витальевич, 8класс


Научный руководитель Лунина Людмила Алексеевна,

МОУ «Средняя общеобразовательная школа №14» г. Брянска, учитель физики.


МОУ ««Средняя общеобразовательная школа №14»

г. Брянска


Г.Брянск

2011 г.


Оглавление.

Стр.

1. Введение –-------------------------------------------------------------------------------3

2. Человеческий глаз уникальная оптическая система. --------------------------4

2.1. Строение глаза.---------------------------------------------------------------------- 4

2.2. Аккомодация глаза.----------------------------------------------------------------- 5

2.3. Близорукость и дальнозоркость.------------------------------------------------- 6

2.4. Бинокулярное зрение.--------------------------------------------------------------- 7

3. Изучение свойств сферических линз.---------------------------------------------- 9

4. Конструирование камеры – обскуры и её сравнение с фотокамерой.------ 11

5. Заключение.----------------------------------------------------------------------------- 13

6.Список литературы.-------------------------------------------------------------------- 14

7. Приложения. ----------------------------------------------------------------------------15


1. Введение.

Актуальность исследования. В древности под оптикой понимали науку о зрении. В Средние века оптика постепенно превращается из науки о зрении в науку о свете, чему в немалой степени способствовало изобретение линз, зеркал и многих оптических приборов.

Оптические приборы открыли человеку два полярных по масштабам мира: космический - с его огромными макротелами и расстояниями и микроскопический - с атомами, молекулами и мельчайшими микроорганизмами.

Без телескопа и микроскопа не было бы современной астрономии и биологии, без линзы не было бы фотоаппарата, спектроскопа, кино и те­левидения. Без интерферометра не было бы точных методов измерения ряда физических величин. Спектральный анализ позволил проникнуть в тайны строения атомов и молекул, а также небесных тел.

На основе результатов исследований оптических явлений возникли две фундаментальные области современной физики - теория относи­тельности и квантовая механика. Подлинная революция в оптике про­изошла в середине ХХ в. в связи с изобретением оптических квантовых генераторов (лазеров). Они открыли широкие перспективы в примене­нии оптических методов исследований в области связи, вычислительной и измерительной техники, в разработке точных методов изучения строе­ния вещества. Оптические методы исследований и соответствующие им оптические приборы нашли самое широкое применение в медицине и военном деле.

Эти примеры показывают, что необходимо получать знания для пони­мания принципа действия современной оптической техники, а, следова­тельно, для умелого управления ею.

Цели и задачи исследования:

  • узнать, почему и как мы видим;

  • что является причиной нарушения зрения и как это можно исправить;

  • получить знания о линзах, как основных элементах оптических приборов;

  • получить основные знания о прохождении света в линзах;

  • изучить устройство оптических приборов (камеры - обскуры, фотоаппарата);

  • самостоятельно сконструировать камеру-обскуру и получить изображения с её помощью.

Методы и приемы, которые использовались в исследовании:

  • при изучении теоретической части – работа с научной литературой и другими печатными источниками и электронными сайтами с использованием таких приемов как конспектирование, составление плана изложения материала, цитирование;

  • наглядные методы – зарисовка различных линз, ходов лучей в линзах, зарисовка получение изображения в линзах, составление презентации о проделанной работе;

  • практические методы - проведение опытов с линзами, фотоаппаратом, обработка данных, конструирование камеры – обскуры.

На основе физического эксперимента, который не заканчивался на уроке, а продолжался для меня и после уроков и в домашней обстановке, мои небольшие физические знания естественно перешли на изучение той оптической техники, которая меня окружает и помогли понять принцип её работы.

^ 2. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ГЛАЗ ­УНИКАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

2.1. Строение глаза.

Г
Рис.1
лаз почти сферичен (24 мм вдоль главной оп­тической оси и 22 мм в поперечном направлении), его устройство пока­зано на рисунке 1.

Наружную оболочку глазного яблока образует склера, она защи­щает внутреннее содержание глаза и обеспечивает его жесткость. На передней поверхности склера пере­ходит в тонкую прозрачную роговицу, через которую в глаз проникает свет. Роговица имеет показатель преломления 1,336. Под склерой находится сосуди­стая оболочка, которая богата кро­веносными сосудами, питающими глаз. В передней части сосудистая оболочка переходит в радужную оболочку с зрачком. Размер зрачка изменяется с по­мощью мышц, расположенных в радужной оболочке, и тем самым регу­лируется световой поток, попадающий в глаз. За радужной оболочкой находится хрусталик (эластичное линзопо­добное тело), его средний показатель преломления 1,437. С помощью связки, которая может натягиваться и расслабляться, изменяются ра­диусы кривизны поверхности хрусталика, а значит, и его оптическая си­ла. Полость между роговицей и хрусталиком заполнена водянистой жид­костью, за хрусталиком находится стекловидное тело. Роговица, водя­нистая жидкость, хрусталик и стекловидное тело образуют оптическую систему, аналогичную линзе с оптической силой около 58,5 дптр и фо­кусным расстоянием F = 17,2 мм. Оптический центр этой системы распо­ложен внутри хрусталика, около его задней поверхности.

Внутри глаза к сосудистой оболочке примыкает сетчатка, содержа­щая разветвления и окончания зрительного нерва. На сетчатке и образуется перевернутое уменьшенное изображение. Сетчатка представляет собой полусферу, состоящую из рецепторных клеток, имеющих форму колбочек и палочек. Всего в глазу 125 млн. палочек и 6,5 млн. колбочек. Палочки осуществляют так называемое сумеречное зрение, с помо­щью которого различаются размеры и формы предметов, но не их цвета. Цветовое зрение осуществляется с помощью колбочек.

^ 2.2. Аккомодация глаза. Видимые предметы находятся на различных расстояниях от глаза, тогда как их изображение всегда получается на сет­чатке. У человеческого глаза расстояние между оптическим центром гла­за и желтым пятном неизменно. Совмещение изображения предмета с сетчаткой человеческого глаза достигается путем изменения фокусного расстояния всей оптической системы глаза. Такое изменение фокусного расстояния происходит вследствие того, что специальная мышца при со­кращении увеличивает кривизну хрусталика. Способность глаза изменять фокусное расстояние своей оптической системы для получения изобра­жения рассматриваемого предмета на сетчатке называют аккомодацией глаза. При рассматривании далеких предметов хрусталик напряжен мень­ше всего. Наоборот, при рассматривании близких предметов хрусталик напряжен больше всего. Если приблизить предмет к глазу на расстоянии

ближе 14 см, то изображение становится расплывчатым. Следовательно, аккомодация глаза может происходить в определенных пределах.

При рассматривании мелких предметов, например букв при чтении, приходится располагать их ближе к глазу, особенно при плохой освещенности. При этом хрусталик сильно напряжен и быстро утомляется. Нор­мальный глаз видит наибольшее число деталей и при этом меньше на­прягается при расстоянии до предмета 25 см, которое называется рас­стоянием наилучшего зрения.

2^ .3. Близорукость и дальнозоркость. Аккомодация происходит не­произвольно. Как только глаз переводится с одного предмета на другой, нарушается резкость изображения, о чем в мозг приходит сигнал. Обрат­ный сигнал из мозга к цилиарной мышце вызывает ее сокращение или растяжение до тех пор, пока не получается резкое изображение. Точка, которую глаз видит при расслабленной цилиарной мышце, называется дальней точкой, а видимая при максимальном напряжении - ближней точкой. Для нормального глаза дальняя точка лежит бесконечно далеко, а ближняя - на расстоянии 14-18 см от глаза.

При близорукости дальняя точка лежит на конечном расстоянии, иногда при сильной близорукости очень близко от глаза. Соответственно приближается и ближняя точка, вот почему близорукие люди для лучшей видимости приближают предметы к глазу. Природная или приобретенная близорукость (рис. 2, а) вызвана либо вытянутостью глазного яблока, либо спазмом цилиарной мышцы. Кор­рекция близорукости производится с помощью очков с вогнутыми линза­ми (рис. 2, б). Дальнозоркость (рис. 3, а) вызвана либо укороченностью глазного яб­лока, либо слабой аккомодацией, что приводит к удалению ближней точки глаза. Для коррекции этого недостатка используют очки с выпуклыми линзами (рис. 3, б).

2^ .4. Бинокулярное зрене. Рассматривая предмет двумя глазами, мы получаем на сетчатке каждого глаза несколько различных изображений. Мы воспринимаем один предмет, но видим его стереоскопически, т. е. объемно. Представление о глубине пространства возникает благодаря то­му, что, направляя оба глаза на один объект, мы усилием глазных мышц поворачиваем их так, чтобы их оптические оси пересекались на предмете.

Представление об объемности получаю из следующего опыта (рис. 4).

Два карандаша А и В располагаю вертикально против переносицы на рас­стоянии примерно 25 см один от другого (рис. 4, а). На карандаши смотрю то одним, то другим глазом. При наблюдении правым глазом О1 справа ви­ден карандаш В, а слева - карандаш А. При наблюдении левым глазом О2 карандаши меняются местами. Это явление объяснятся тем, что каждый глаз смотрит на карандаш с различных точек. Наблюдение повторяю, увеличив расстояние между карандашами. Обна­руживаю увеличение бокового смеще­ния карандашей, причем по-прежнему оба карандаша кажутся расположен­ными в одной плоскости, и поэтому оценить расстояние между ними невозможно.

Иллюзия плоской картины сразу исчезает, если взглянуть на каранда­ши обоими глазами.

Вывод: зрение двумя глазами позволяет видеть пред­меты в пространстве и оценивать рас­стояние между ними.

Следует заме­тить, что по мере удаления предмета от глаза наблюдателя способность су­дить о расстоянии до предмета посте­пенно утрачивается и на большом расстоянии все предметы кажутся ле­жащими в одной плоскости.

Продолжая опыт, смотрят обоими глазами на каждый карандаш по­очередно (рис. 4, а, б). При рассматривании карандаша А дальний каран­даш В виден в виде двух изображений В1 и В2, расположенных симмет­рично относительно карандаша А. При переводе взгляда на карандаш В ближний карандаш А раздваивается на изображения А1 и А2.

Таким образом, мы отчетливо видим несдвоенными только те предме­ты, на которых сведены оптические оси глаз (на рисунке 4 оси глаз изо­бражены сплошными линиями). Предметы же более близкие и более да­лекие двоятся, но последнее мы обычно не замечаем. По углу между оп­тическими осями (угол конвергенции) судят о расстоянии до предмета.

Бинокулярное (глубинное) зрение хорошо развито у летчиков, охот­ников, моряков, водителей транспорта и др.

Наличие или отсутствие бинокулярного зрения определяют следую­щими способами:

  • Берут два карандаша. Один из них на уровне груди обследуемого держит вертикально ассистент. Обследуемый, глядя двумя глазами, дол­жен своим карандашом дотронуться сверху вниз до первого карандаша. Если он это делает быстро и без труда, то бинокулярное зрение обследуе­мого нормальное. При отсутствии бинокулярного зрения он не сможет это сделать как при взгляде двумя глазами, так и закрыв один глаз.

  • Очень эффективен способ определения бинокулярного зрения с «дырой» в ладони. Из листа бумаги сворачивают трубочку и приставля­ют ее к одному глазу. Рядом с тру­бочкой, через которую обследуемый смотрит вдаль, перед другим глазом помещают ладонь руки. Если при взгляде двумя глазами обследуемый увидит «дыру» В ладони, через ко­торую ему кажется, что он даже видит предметы, значит, биноку­лярное зрение обследуемого нор­мальное. Люди с нарушенным би­нокулярным зрением этого отвер­стия в ладони не увидят.

Одновременные и непроизволь­ные аккомодация и конвергенция позволяют оценить глубину про­странства и расстояния до предме­тов значительно лучше, чем при зрении одним глазом.

^ 3. ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ СФЕРИЧЕСКИХ ЛИНЗ.

Теоретический материал.

Линзы нашли широкое применение в раз­личных сферах деятельности человека. Это очки, лупа, объектив фотоап­парата, объектив и окуляр микроскопа и т. д.

Линза - это прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими по­верхностями. Различают шесть видов линз (рис. 5): двояковыпуклая, плосковыпуклая, вогнуто-выпуклая, двояковогнутая, плосковогнутая и выпукло-вогнутая.

Л
Рис.5
инзы имеют следующие характеристики: главная оптическая Рис.6 ось - это прямая O1O2,п роходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу (
Рис.6
рис. 6). Точку О, лежащую на оптической оси в центре линзы, называют оптическим центром линзы. Особенность этой точки заключается в том, что любой луч, идущий через оптический центр, проходит через тонкую линзу, не преломляясь.

Если направить пучок света параллельно главной оптической оси, то после преломления в линзе лучи пересекутся в точке F, которая называется фокусом линзы. Расстояние от оптического центра О до фоку­са F называют фокусным расстоянием ОF (рис. 7).

Р
Рис.7
ис.7. Мерой преломляющего действия линзы служит ее оптическая сила - это физическая величина, обратная фокусному расстоянию: Д = 1/ F. Оптическую силу из­меряют в диоптриях. Одна диоптрия - это оптическая сила такой линзы, у которой фокусное расстояние рав­но одному метру.

^ Цель работы: пронаблюдать процесс прохождения лучей через собирающую линзу, измерить ее фокусное расстояние и оптическую силу.

Приборы и материалы: набор оптических компонентов.

Выполнение работы. 1. На доске устанавливаю двояковыпуклую лин­зу так, чтобы падающие на нее пучки света были параллельны друг другу и главной оптической оси линзы. Наблюдаю за прохождением пучков света через линзу, их преломлением на каждой из ее поверхностей и собиранием в фокусе F. Измеряю фокусное расстояние линзы F1 =15см

2. Поскольку двояковыпуклая линза симметрична относительно оп­тического центра, то она имеет два фокуса: передний и задний. В нали­чии второго фокуса убеждаюсь экспериментальным путем. Для этого линзу разворачиваю на 1800 и повторяю предыдущий опыт по обнаружению фокуса и измерению фокусного расстояния F2=15см

4. Измеряю фокусные расстояния других собирающих линз, входя­щих в набор. Для этого устанавливаю поочередно собирающие линзы на столе вдали от оконного проема. Позади каждой линзы размещаю экран. Перемещаю экран относитель­но линзы для получения на нем четкого и контрастного изображения пе­реплета рамы. Измеряю расстояние от линзы до экрана - это и есть фокусное расстояние собирающей линзы. Результаты измерений и вычислений заношу в таблицу:


Фокусное расстояние собирающей линзы, F, м

Оптическая сила собирающей линзы,

D, дптр

0,33м

3дптр

0,15м

7дптр

0,1м

10дптр

0,05м

20дптр

Вывод: чем длиннее фокус, тем больше оптическая сила линзы.

^ 4. КОНСТРУИРОВАНИЕ КАМЕРЫ-ОБСКУРЫ И ЕЕ СРАВНЕНИЕ С ФОТОКАМЕРОЙ.

Теоретический материал. Камера-обскура представляет собой чер­ный непрозрачный ящик, дно которого заклеено матовым экраном (рис. 8). В передней стенке ящика имеется маленькое отверстие диамет­ром 1-2 мм. Свет от объекта, про­ходя узкими пучками через отвер­стие, образует систему небольших пятнышек. В результате этого воз­никает слегка размытое и слабое изображение, которое можно раз­глядеть в темной комнате.

Идея получения изображения в камере получила свое развитие в фотокамерах (см. рис. 9), в кото­рых вместо отверстия установлен объектив. Объектив - сложная оп­тическая система, состоящая из множества линз. Объектив дает действительное, уменьшенное,

перевёрнутое изображение на фотопленке или фотопластинке. Для фиксации изображения предмета на фотопленке необходимо открыть объектив на короткое время - время экспозиции (выдержки). Открытие объектива обеспечивает затвор фотокамеры. Конструкция фотокамеры напоминает строение глаза.

^ Цель работы: сконструировать камеру-обскуру, ознакомиться с принципом действия фотоаппарата.

Приборы и материалы: банка из под кофе, калька, фотокамера.

^ Выполнение работы:

1. В металлическом дне по центру банки шилом про­тыкаю отверстие диаметром 1 мм. Внутреннюю поверхность банки за­крываю черной бумагой. Открытую сторону банки закрываю калькой, которую закрепляю резиновым колечком.

2. Направляю отверстие камеры на объект - горящую лампочку и на­блюдаю перевернутое, слабое размытое, уменьшенное ее изображение.

3. Протыкаю в дне банки на одной линии три отверстия и снова посмотрю на лампочку. Изображение лам­почки на экране камеры более яркое.

Вывод: яркости и контрастно­сти изображения зависит от числа отверстий и от диаметра отверстия. Чем больше диаметр отверстия, тем более размыто изображение.

4. Снимаю заднюю крышку фотокамеры (фотоаппарат ФЕД-5в). Вместо нее устанавливаю кальку. Направляю объектив фотоаппарата на лампочку и поворотом объектива получаю на экране резкое перевернутое, уменьшенное изображение.

5. Выясняю механизм работы диафрагмы, которая сужает или рас­ширяет световой пучок, проникающий в камеру. Направляю объектив фотоаппарата на лампу с абажуром, рассматриваю его изображение на экране при полностью открытой диафрагме. Постепенно закрывая диа­фрагму, замечаю, что яркость абажура увеличивается с увеличением диафрагмы, а резкость при этом уменьшается.

6. Моделирую камеру-обскуру на базе фотокамеры. Вывинчиваю объектив и закрываю отверстие темной бумагой с небольшим отверстием по центру. На матовом экране, который установлен вместо задней стенки фотоаппарата, получаю изображение лампы с абажуром. Изображение получается не яркое и размытое в отличии от изображения, полученного с помощью объектива.

5. Заключение.

Работая лабораторно, я изучал явление прохождения света сквозь линзы. Позна­комился с техникой измерений, со всеми процедурами любого экспери­ментального исследования: с выбором приборов и принадлежностей; со сборкой экспериментальных установок; с составлением плана постановки опыта; с ошибками отдельного измерения и причинами их возникновения; с обработкой полученных результатов; с соотнесением полученных экспериментальных результатов с теоре­тическими сведениями учебника.

Выполняя работу лабораторно, я получал истинное удовлетворение, если теоретические предположения совпадали с резуль­татами опыта, но и огорчался, если эти предположения не совпадали. Тогда приходилось искать причины неудачи.

Данную работу можно использовать для изучения световых явлений на уроках физики в 8 классе.


^ 6. Список литературы.

1. Элементарный учебник физики. Под редакцией академика Г.С. Ландсберга. Том III. Издательство «Наука». М.1972

2. Геометрическая и волновая оптика. В.Ф. Шилов. М. «Просвещение», 2006

3. http://www.itformat.su/journal/article/587-priemy-fotosemki.html

4. http://fotoman.blog.ru/77153379.html

5. http://doctormoro.livejournal.com/profile


Приложения.



Получение изображения в глазу.

Аккомодация глаза.








Скачать 133.58 Kb.
оставить комментарий
Ячменев Алексей Витальевич
Дата20.05.2012
Размер133.58 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх