2025年眼睛和眼镜演示仪的创新设计与实践

〃眼睛和眼镜〃演示仪的创新设计与实践通过对“眼睛和眼镜”的教学，发现教材直接通过展示近视眼和远视眼的成像特点及矫正方法，缺少具体的实验演示和详细的理论解释由于近视眼、远视眼的成因和矫正比较抽象，导致学生理解存在一定的困难主要介绍“眼睛和眼镜”演示仪的设计和制作方法以及在教学中的实践应用，利用自制教具可以全面探究眼睛成像原理及其矫正的实验规律，有效突破教学重难点实验教具的制作方法

11.1制作材料及辅助工具建模设计的透明亚克力圆盘三块（亚克力材料表面平整，密封3D性很好），圆形薄膜两张（可用寸圆形波波球代替），毫PVC18300升注射器（配长塑料软管），十字螺丝刀，扁平头螺钉若1m M4*25干，铝型材若干（配角件），厚透明亚克力板若干

202020200.5cm（根据器材大小定制），直流小电机）电机支架，履带，775（12V〜24V,微型无动力主轴，法兰联轴器个，激光笔根，空气加湿器，凸透42镜、凹透镜各个，光具座，光屏，电脑或者软件1iPad,Shapr3D

1.2制作方法利用制图

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2.1Shapr3D利用软件绘制出实验装置的框架Shapr3D135cmx30cmx40cm图，用定制的铝型材根据框架图进行组装，框架在组装的过程2020中要预留嵌入亚克力板的位置水透镜的制作

1.

2.2用设计出内径、外径、厚度的圆盘Shapr3D12cm16cm1cm3个，用打印技术制作亚克力圆盘，在每个圆盘上均匀打个螺丝3D25孔（直径）用剪刀将膜剪成直径约的圆形（直径4mm PVC16cm可以稍微大一点，直径偏小会导致漏水现象的发生），将剪好的两层膜分别夹在个圆盘之间，用力压紧，用电钻在螺丝孔位置将PVC3膜钻一样大小的个孔（确保螺钉能够插入螺孔，保证水透镜PVC25的密封性），用扁平头螺钉将三块圆盘和两层膜进行固M4*25PVC定，用剪刀把水透镜边缘多余的膜清除把注射器中的水注入PVC腔体内，待腔体内的空气被完全挤出，将注射器和水透镜用塑料软管连接，制成一个完整的水透镜平行光源和立体光源的制作

1.

2.3光源分为平行光源和立体光源两种形式将两只激光笔用带孔的亚克力板固定（根据激光笔的直径打孔），打开加湿器和激光笔按钮，形成平行光源用法兰联轴器将平行光源固定在微型无动力主轴上，通过履带连接小电机和微型无动力主轴，打开加湿器和激光笔按钮，闭合小电机开关，电机带动光源转动形成立体光源组装元件

1.

2.4依次将电动机、微型无动力主轴、光源固定在铝型材的后部空间，在光具座上安装好光屏和水透镜，放入实验装置的内部将加湿器放在装置内部，实验的过程中一直保持喷雾状态，方便实验现象的观察厚度亚克力板镶嵌在铝型材的相应位置，组装成

0.5cm135cmx30c长方体密封空箱，“眼睛和眼镜”演示仪完成组装mx40cm实验过程2正常人眼的成像

2.1实验步骤

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1.1（）调节平行激光光源（成像物体）、水透镜（人眼晶状体）、光1屏（人眼视网膜）的高度，使它们的中心在同一水平高度（即水透镜的主光轴上））闭合激光光源开关，打开加湿器，使密闭箱内充满（2水雾（增强光路的可视化），激光光源位置保持不变，移动水透镜，让水透镜和激光光源的距离保持在水透镜两倍焦距之外的位置）用（3注射器注水或抽水，调节水透镜的突起程度，直至经过水透镜的平行光束刚好会聚在光屏上，关闭注射器塑料管阀门（防止水透镜中的水流回注射器），记录实验现象）闭合电动机开关，电机带动（412V平行光源转动形成立体光柱，用注射器调整水透镜的突起程度，直到立体光柱经过水透镜折射刚好会聚在光屏上，记录实验现象实验现象

2.

1.2平行光源模拟正常人眼观察物体，平行激光束经过水透镜会聚在光屏上，光屏上出现一个光点（即焦点）立体光源模拟正常人眼观察物体，立体光柱经过水透镜折射会聚在光屏上，光屏上出现一个光点（即焦点）实验结论平行激光束或立体光柱经过水透镜折射会聚在光

2.

1.3屏上（即人眼视网膜的位置），到达视网膜上是一个点，表示正常人眼看清物体探究近视眼的成像规律

2.2实验步骤

2.

2.1（）保持水透镜（含水量）、平行激光光源的位置不变,调1300mL整光屏位置，使得平行激光束刚好会聚在光屏上，让水透镜和激光光源的距离保持在水透镜两倍焦距之外的位置）打开注射器塑料管阀（2门，推动注射器向水透镜中注入水（注水量80mL〜120）水透镜的凸起程度逐渐变大）激光束会聚点移到光屏前方适当mL,（3位置（会聚点距光屏即可），停止注水，关闭注射器塑料3cm〜5cm管阀门）向靠近水透镜的方向移动光屏，直到平行激光束会聚点重（4新到光屏上，记录实验现象实验现象

2.

2.2模拟近视眼观察物体随着注水量增加，水透镜的凸起程度变大，聚光能力逐渐变强，平行激光束会聚点前移，光线到达人眼视网膜上是一块模糊的光斑，看不清物体光屏靠近水透镜，平行激光束可以重新会聚在光屏上，说明近视眼的焦距变短实验结论

2.

2.3人眼晶状体凸起程度变大，会聚能力变强，眼睛的焦距变短，光经过较厚的晶状体会聚在视网膜的前方，视网膜上得不到清晰的像，这便是近视眼形成的原因探究近视眼矫正的成像规律

2.3实验步骤

2.

3.1重复的实验步骤（）（）（）然后进行如下操作）推开后方的亚123,（4克力板，将凹透镜置于水透镜和平行光源之间）前后移动凹透镜的（5位置，直到激光束会聚点重新回到光屏上，记录实验现象模拟近视眼的矫正随着注水量增加，水透镜的凸起程度变大,聚光能力逐渐变强，平行激光束会聚点前移，在水透镜和平行光源之间的合适位置放入凹透镜，让平行激光束发散，使原来会聚在光屏前方的点后移到光屏上实验结论

2.

3.3晶状体较厚导致光线会聚点在视网膜的前方，到达视网膜上变成了模糊的光斑，需要合适焦距的凹透镜将光线发散，经过调整使光线重新会聚于视网膜，所以人眼近视需戴焦距合适的凹透镜进行矫正探究远视眼的成像规律

2.4实验步骤

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4.1（）保持水透镜（含水量）、平行激光光源的位置不变,调1300mL整光屏位置，使得平行激光束刚好会聚在光屏上，让水透镜和激光光源的距离保持在水透镜两倍焦距之外的位置）打开注射器塑料管阀（2门，拉动注射器从水透镜中抽出水（抽水量）水透镜的80mL〜120mL,凸起程度逐渐变小）激光束会聚点移到光屏后方适当位置，停止抽（3水，关闭注射器塑料管阀门）向远离水透镜的方向移动光屏，直到（4平行激光束会聚点重新到光屏上模拟远视眼观察物体随着抽水量增加，水透镜的凸起程度变小，聚光能力逐渐变弱，平行激光束会聚点后移，光线到达人眼视网膜上是一块模糊的光斑，看不清物体光屏远离水透镜，平行激光束可以重新会聚在光屏上，说明远视眼的焦距变长实验结论

2.

4.3人眼晶状体凸起程度变小，会聚能力变弱，眼睛的焦距变长，光经过较薄的晶状体会聚在视网膜的后方，视网膜上得不到清晰的像，这便是远视眼形成的原因探究远视眼矫正的成像规律

2.5实验步骤

2.

5.1重复的实验步骤⑴然后进行如下操作推开后方的亚克23,4力板，将凸透镜置于水透镜和平行光源之间前后移动凸透镜的位5置，直到凸透镜将激光束进行调整使会聚点重新回到光屏上，记录实验现象实验现象

2.

5.2模拟远视眼的矫正随着抽水量增加，水透镜的凸起程度变小,聚光能力逐渐变弱，平行激光束会聚点后移，在水透镜和平行光源之间的合适位置放入凸透镜，让平行激光束会聚，使原来会聚在光屏后方的点前移到光屏上实验结论

2.

5.3晶状体较薄导致光线会聚点在视网膜的后方，到达视网膜上变成了模糊的光斑，需要焦距合适的凸透镜将光线会聚，经过调整使光线重新会聚于视网膜上，所以人眼远视需戴焦距合适的凸透镜进行矫正。