*Mục tiêu
Bằng những dụng cụ, vật liệu đơn giản, thiết kế và xây dựng mô hình vật chất chức năng của mắt có khả năng „điều tiết‟ nhằm đƣa vào hoạt động giảng dạy.
* Tiến hành xây dựng mô hình
- Dụng cụ, nguyên liệu, thiết bị:
+ Lớp chất trong suốt là màng bọc thực phẩm, có đủ 2 yếu tố cần thiết nhất cho thấu kính nƣớc đó là trong suốt và độ đàn hổi tốt.
+ Lớp vành nhựa trong, dẻo: cắt ra từ cốc giấy, hoặc miếng nhựa bất kỳ cắt theo hình chữ nhất rồi dán 2 đầu …
+ Các loại keo, băng dính.
- Dùng băng dính 2 mặt để gắn lớp màng bọc vào vành nhựa. Lƣu ý khi gắn cần dính màng bọc càng căng thì thấu kính tạo ra có bán kính cong 2 mặt càng đều.
- Tiến hành cho nƣớc vào bên trong thấu kính.
=> Thấu kính nƣớc ở trạng thái có tiêu cự lớn nhất. Muốn điều tiết, tiến hành bóp từ từ vành nhựa, lớp nƣớc ở giữa sẽ thay đổi độ dày, từ đó làm thay đổi tiêu cự của thấu kính mắt.
Mô hình vừa thiết kế là mô hình của mắt thƣờng (không mắc tật về mắt) và ở trạng thái khi không điều tiết. Khi bóp vành nhựa tƣơng ứng với quá trình điều tiết của mắt: Khi bóp vành, lƣợng nƣớc chứa trong thấu kính thay đổi độ dày, dẫn đến lớp màng bọc thấu kính đó tăng độ cong hay chính là tiêu cự giảm; quá trình này giống với quá trình cơ vòng của mắt co bóp làm thủy tinh thể phồng lên, tiêu cự của thấu kính mắt giảm xuống để nhìn các vật ở gần. Thả tay ra không bóp nữa, vành và màng phục hồi về trạng thái ban đầu chính là khi mắt đang nhìn vật ở gần và điều tiết để nhìn ra xa (cơ vòng giãn, kéo giãn thể thủy tinh, tiêu cự thấu kính mắt tăng).
Hình 2.2. Thấu kính nước – Mô hình mắt
Kết quả thí nghiệm vận hành mô hình nƣớc để mô tả điều tiết của mắt
Hình 2.3. Khi nguồn sáng đặt ở xa và thấu kính nước ở trạng thái chưa điều tiết, đã điều tiết
Hình 2.4. Khi nguồn sáng ở gần và thấu kính nước ở trạng thái đã điều tiết, không điều tiết
* Phát triển mô hình nhằm sử dụng trong hoạt động tìm hiểu các cách khắc phục tật của mắt
Nguyên nhân chủ yếu khi mắt gặp phải các tật khúc xạ là độ cong của thấu kính mắt thay đổi làm tiêu cự của thấu kính mắt thay đổi hay chính là độ tụ thay đổi so với mắt thƣờng, do đó, ảnh của vật không hiện rõ trên võng mạc nhƣ mắt thƣờng. Về mặt quang học, độ tụ của thấu kính nói chung đƣợc tính theo công thức:
= = ( − )( + )
-> Độ tụ (hay tiêu cự) của thấu kính phụ thuộc vào 2 yếu tố: bán kính cong của các mặt cầu khúc xạ và chiết suất của chất làm thấu kính. Từ cơ sở này, chúng ta nhận thấy, muốn khắc phục các tật của mắt ta cần phải thay đổi độ tụ của thấu kính mắt hay nói cách khác chúng ta có thể đƣa ra đƣợc 3 cách khắc phục cụ thể nhƣ sau:
- Thay đổi bán kính cong của các mặt cầu khúc xạ bằng cách phẫu thuật giác mạc: Việc thay đổi bán kính cong của thấu kính mắt trực tiếp làm thay đổi tiêu
cự cũng nhƣ độ tụ của thấu kính mắt, giúp cho độ tụ mới của mắt mắc các tật khúc xạ tƣơng đƣơng với độ tụ của mắt không mắc tật.
- Thay đổi độ tụ của hệ quang học mắt bằng cách đeo thấu kính mỏng: Khi đeo thấu kính mỏng sẽ tạo ra một hệ quang học đồng trục mới có độ tụ mới tƣơng đƣơng với độ tụ của hệ quang học của mắt thƣờng (không mắc tật khúc xạ).
- Thay đổi độ tụ của thấu kính mắt bằng cách thay đổi độ tụ của thủy dịch (hoặc dịch kính): Việc thay đổi chiết suất của dịch trong mắt cũng làm thay đổi trực tiếp độ tụ của hệ quang học tinh vi này. Khi thay đổi chiết suất một cách hợp lý thì độ tụ của mắt bị mắc tật khúc xạ sẽ thay đổi tƣơng đƣơng với độ tụ của mắt bình thƣờng.
Dựa vào các cách khắc phục tật khúc xạ với đối tƣợng là mắt thật, có thể đƣa ra một số đề xuất để cải thiện mô hình nhằm mục đích sử dụng mô hình trong hoạt động mô phỏng các cách khắc phục các tật về mắt trong dạy học nhƣ sau:
- Thay đổi bán kính cong 2 mặt cầu của thấu kính nƣớc: tƣơng ứng với việc phẫu thuật giác mạc. Có thể thiết kế thấu kính nƣớc với lớp vỏ bằng 2 (3 hoặc nhiều hơn) lớp màng bọc thực phẩm. Khi mô tả cách khắc phục bằng phẫu thuật giác mạc ta có thể bóc tách từng lớp màng bọc.
- Thay đổi độ tụ bằng cách đặt thêm thấu kính mỏng có độ tụ phù hợp: tƣơng ứng với biện pháp đeo thấu kính mỏng trƣớc mắt; tạo thành hệ quang học đồng trục. Đối với việc sử dụng mô hình để mô phỏng biện pháp khắc phục này tƣơng đƣơng với việc khắc phục trên mắt thật. Cần chọn đƣợc thấu kính mỏng có độ tụ phù hợp đặt trƣớc thấu kính nƣớc của mô hình tạo hệ quang học đồng trục mới; thấu kính mỏng này có thể là thấu kính trong phòng thí nghiệm hoặc cũng có thể tự tạo ra thấu kính mỏng với phƣơng pháp giống với tạo thấu kính nƣớc của mô hình. Ngoài ra cũng có thể cải thiện mô hình bằng cách tạo thêm 1 lớp thấu kính nƣớc nữa trên cơ sở mô hình ban đầu.
- Thay đổi độ tụ bằng cách thay đổi chiết suất của thấu kính nƣớc: tƣơng ứng với cách thay đổi chiết suất của thủy dịch (hoặc dịch kính). Trên mô hình, để mô tả biện pháp khắc phục này, có thể thay đổi hoàn toàn chất lỏng của thấu kính nƣớc trong mô hình: đổ bỏ phần nƣớc ở thấu kính nƣớc ban đầu và thay nó bằng
chất lỏng trong suốt khác có chiết suất phù hợp (nƣớc đƣờng, nƣớc muối …) khi mô tả đối với các tật khác nhau.