I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ОПЫТЫ СО ЗРЕНИЕМ

• Авторы
• Файлы работы
• Наградные документы

Точилкина Е.А. 1Гридневская Н.В. 1

---

1МОБУ Гимназия №14 г. Белорецк

Работа в формате PDF

2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьника

Научно-исследовательская работа

«Опыты со зрением»

Выполнили:

Точилкина Елизавета Александровна,

Гридневская Надежда Владимировна,

учащиеся 10Б класса,

МОБУ Гимназии №14 г. Белорецка.

Руководитель:

Казанцева Марина Борисовна,

учитель математики и физики,

МОБУ Гимназии №14 г. Белорецка.

Содержание

1. Введение ………………………………………………………...…. 3

2. Оценка результатов опытов ………………………………….…… 3

3. Проведение опытов ………………………………………..………. 4

1. Опыт №1. Поле зрения …………………………………….……… 5

2. Опыт №2. Последействие фигур …………………………………. 6

3. Опыт №3. Послеобразы ……………………………………………7

4. Опыт №4. Зрительные иллюзии ………………………………….. 9

4. Заключение ………………………………………………………… 10

Используемая литература ………………………………………... . 11

Приложения ………………………………………………………... 12

1. Введение.

Нет более интересной области науки, чем та, что изучает зрительные функции. Её предмет - зрение - чрезвычайно важен для любого человека.

Мы хотим рассказать вам об опытах, которые мы провели. Некоторые из них предельно просты, но они заинтересуют любого человека, даже взрослого, потому что касаются чуда, которое зовется зрением.

Цель нашей работы: исследовать процесс зрения.

Задачи:

1. Изучить процесс зрения.

2. Узнать особенности зрения.

3. Научиться проводить опыты и делать по ним выводы.

4. Применять полученные знания на практике.

В работе мы привели только несколько опытов и попытались сделать по ним выводы, но мы продолжаем проводить опыты для расширения своих познаний и будем пытаться находить им объяснение, хотя понимаем, что тайны, окутывающие процесс зрения очень глубоки.

В дальнейшем мы планируем провести следующие опыты: «эффекты движения», «смешение цветов сложением», «смешение цветов вычитанием», «иллюзорный цвет», «оптическое искусство», «бинокулярная проекция», «ведущий глаз» и другие.

То, что в начале работы казалось нам интересным и полезным для заполнения досуга, в ходе ее выполнения оказалось серьезным и крайне важным делом для изучения зрительных возможностей человека.

II. Оценка результатов опытов

Большинство опытов со зрением дает чисто субъективные результаты, которые зависят не только от характера наблюдаемых материальных явлений, но и от собственных реакцией наблюдателя, от его впечатлений, ощущений, представлений. Они связаны с деятельностью организма наблюдателя, с его воспринимающими сенсорными механизмами.

Важно помнить, что субъективные результаты могут быть разными у разных людей - люди не всегда воспринимают одни и те же предметы и явления одинаково. И в опытах со зрением не у всех будут одинаковые результаты. Следует быть очень осторожными в выводах о «недостатках» зрения, если кто-либо не смог получить определенных результатов в тех или иных опытах. Цель опытов совсем иная, хотя в отдельных случаях они могут быть проведены для того, чтобы выявить дефекты зрения.

Все задания рассчитаны на нормальное зрение. Тем не менее для большинства опытов очень малое значение имеют такие дефекты оптики глаз, как близорукость, дальнозоркость или астигматизм. Все, кто привык носить очки, исправляющие недостатки зрения, должны пользоваться ими и при исполнении опытов; впрочем, если зрение вдаль нормально или почти нормально, очки вообще не понадобятся.

Таким образом, при выполнении опытов даже наблюдатель, имеющий дефекты зрения, может получить хорошие результаты.

Ни один из описываемых опытов не может причинить зрению ни малейшего ущерба, но после слишком долгих занятий глаза утомляются. Впрочем, упражнения глазных мышц и фузии в ходе опытов скорее, наоборот, могут дать благоприятный эффект, хотя опыты и не рассчитаны специально для лечения глазных дефектов. Во всех случаях не будем торопиться с оценкой результатов.

Проделывая опыты, мы узнаем многие важные принципы научного исследования. В некоторых случаях, направляя действия наблюдателя, нам следует повторить опыт несколько раз (может быть, пять или десять), а затем усреднить результат. Некоторые принципы и примеры будут пояснены в соответствующих местах.

III. Проведение опытов

Знаете ли вы, что значит раздражитель? Это то, что вызывает возбуждение в чувствующих (сенсорных) системах организма. Раздражителем для глаза является свет или любой предмет, отражающий свет, - вообще все, что способно вызывать зрительное ощущение. При описании опытов мы будем часто упоминать слово «раздражитель» либо равнозначное ему слово стимул. Мы будем наблюдать субъективные результаты зрительных раздражителей.

Во время опыта не следует торопиться. Постараемся устранить все отвлекающие зрительные и слуховые раздражители. Насколько это в наших силах, создадим ровный фон для рассматриваемых предметов. Мы будем работать с той же точностью, с какой ученый выполняет свои эксперименты в настоящей лаборатории. Наш главный рабочий инструмент - человеческий глаз - один из тончайших приборов, существующих в природе. Главное в опыте - его принцип, а не оборудование.

Опыт №1. Поле зрения

Оборудование: указка с белым кружком на конце.

I часть:1) Надя закрывает один глаз, а другим смотрит на метку, прикреплённую противоположной стене комнаты. Лиза отмечает часть стены, которую видит Надя, если не двигает глазом. Область, которую видит Надя, когда неподвижно фиксирует метку, называется полем зрения (см. приложение 1 ).

2) Затем Лиза отмечает часть стены, которую фиксирует Надя другим глазом. Область, которую видит Надя, другая.

3) Надя смотрит на метку обоими глазами. Лиза фиксирует область обзора.

4) Аналогичный опыт проводим с Лизой (см. приложение 2 ).

II часть:

1) Сделаем черную указку из дерева и на ее конце закрепим белый кружок из плотной бумаги диаметром примерно 6 мм.

2) Надя садится на расстоянии одного метра от стены и закрывает один глаз. Точно против другого глаза Лиза закрепляет черную точку, которую Надя фиксирует глазом.

3) Лиза ведет указку с белым концом по стене к точке фиксации. Когда Надя замечает точку, Лиза замечает это место. Проводим эту процедуру по всей окружности интервалом в 15 градусов.

4) Таким образом, мы получили наружные границы поля зрения (см. приложение 3).

5) Будем осторожны в оценке полученных результатов. Техника нашего исследования поля зрения очень несовершенна и годится только для демонстрации, но не для диагностики.

Вывод:

1. Поле зрения обоих глаз гораздо больше, чем поле зрения одного глаза. Одним из преимуществ зрения двумя глазами является своевременное реагирование на опасную ситуацию (транспорт, некоторые окружающие люди и т.д.).

2. У Нади и Лизы разное зрение, что связано с характеристикой хрусталика – природной линзы.

Опыт №2. Последействие фигур

Оборудование: рисунки на плотной бумаге.

1) Из плотной белой бумаги вырежем восемь прямоугольников размером примерно 7 на 14 сантиметров. В центре каждого поставим значок Х. Он будет точкой фиксации. Черным маркером нанесем на бумагу фигуры, как показано на рисунке (см. приложение 4).

2) Подложим карту Б под карту А. Смотрим на карту А, фиксируя значок Х в течение двух минут. Расстояние между наблюдателем и картой составляет примерно 60 сантиметров. Затем уберем карту А и смотрим на точку фиксации карты Б; обратим внимание (не отводя взгляда от точки фиксации) на разницу между правым и левым прямоугольниками. Прежний рисунок (правый прямоугольник) кажется менее четким, уменьшенным и более удаленным.

3) Проводя аналогичный опыт с парой карт В и Г, обратим внимание на эффект последействия на правом прямоугольнике: эффект будет, хотя прямоугольник меньше круга и даже не касается его углами, круг попадает в «поле» последействия. Но внутри круга эффект больше, чем вне его.

4)Возьмем карты Д и Е. После двухминутного наблюдения карты Д правая сторона квадрата карты Е кажется менее четкой, уменьшенной, расположенной дальше, чем левая сторона квадрата (см.приложение 5).

Вывод:

1. За границами изображения предмета на сетчатой оболочке глаза не кончается поле ее электрохимической активности. Результат возбуждения участка сетчатки сказывается и за краями изображения, в окружающей его зоне. Эффекты, возникающие вследствие этого, мы обнаружили, наблюдая фигуры, показанные на рисунке.

2. Глаз моргает приблизительно 15 раз в минуту, а это значит, что изображение через каждые 5-6 секунд перестает проецироваться на сетчатку. Поскольку человек обладает бинокулярным зрением, то фактически он видит два размытых, дергающихся и периодически исчезающих изображения, а значит, возникает проблема совмещения информации, поступающей через правый и левый глаз.

Опыт №3. Послеобразы

Оборудование: разноцветная бумага, равномерно серая поверхность - экран.

1) Лиза и Надя сделали из цветной бумаги желтого зайца, красную букву А и зеленый квадрат. В комнате, где проводился опыт, оставили сумеречное освящение.

2) Сначала Лиза оставила в поле зрения только зайца, на которого смотрела 30-60 секунд. Затем перевела взгляд на серый фон. Лиза увидела зайца, бегающего по потолку, по стене, по ее ладони. Это наведенный послеобраз, эффект которого вызывается раздражителем и фоном, на котором рассматривается рисунок. Фон может представлять собой либо узор, либо серое или цветное поле.

3) Надя закрыла левый глаз ладонью, а правым глазом в течение минуты фиксировала букву А. После чего заслонила правый глаз и открыла левый. Переведя взгляд на серый фон, Надя увидела левым глазом букву А.

Это произошло, потому что сигналы, поступающие через нервные окончания в правом глазу, поступают в мозг, а затем мозг перераспределяет в оба глаза полученную информацию.

«Серое» то же самое, что белое малой яркости, a в свете, отраженном от белой (серой) поверхности, скрыты все цвета. Когда основной раздражитель красный, а затем мы смотрим на серую поверхность, виден «наведенный» зеленый цвет. Объяснение простое: зеленое, содержащееся в сером наравне с красным, ощущается сильнее, поскольку увеличилась чувствительность глаза именно к зеленому (точнее, к зелено-голубому), а чувствительность к красному понизилась.

4) Лиза смотрит на зеленый квадрат в течение минуты, а затем переводит взгляд на лист темно-зеленой бумаги. Лист темно-зеленой бумаги ей показался светлее, чем в действительности. После Лиза взяла фон голубого цвета, первое впечатление от которого было, что он зеленого цвета (см. приложение 6, 7).

Под действием основного раздражителя расходуется определенный вид электрохимической энергии зрительной системы, вследствие чего одновременно повышается ее чувствительность к противоположном у виду той же энергии. Например, красный раздражитель приводит к расходу «красной» энергии, отчего глаз становится более чувствительным к энергии «зеленой», дополняющей красную.

Вывод:

1. Послеобразы проявляются не только при закрытых глазах, их влияние проявляется всякий раз, когда мы переводим взгляд с одного объекта на другой. Послеобраз предыдущего объекта влияет на восприятие следующего. Иногда это влияние настолько значительно, что приводит к искаженному восприятию.

2. Даже тогда, когда мы не переводим взгляда и воспринимаем один определенный предмет, одну определенную картину, ее собственный послеобраз начинает вмешиваться в восприятие, иногда существенно искажая его. На этом принципе основано множество зрительных иллюзий.

Опыт №4.Зрительные иллюзии

Оборудование: рисунки для воспроизведения иллюзий.

1) Тема «Зрительные иллюзии» поистине неисчерпаема. Известны тысячи иллюзий; часть из них была разработана с той или иной целью, другая часть стала известна случайным образом.

Надя и Лиза приготовили рисунки-иллюзии и рассматривали их по очереди, а также демонстрировали изображения в классе, поскольку восприятие каждого человека различно (см. приложение 8).

2) Фигуры-перевертыши. Одной из причин того, что на одной и той же картине поочередно видны совершенно разные вещи, является разная освещенность отдельных частей фигуры (см. приложения 9, 10, 11, 12).3) Направление линий.Фигуры, состоящие из прямых линий и правильных окружностей и иных правильных форм, кажутся искривленными или неправильными из-за того, что их пересекают линии, направленные косо по отношению к основным фигурам (см. приложения 13, 14, 15, 16).

4) Движение. В какой точке картинки вы бы ни сфокусировали свой взгляд, картинка ни на секунду не перестает двигаться (см. приложения 17, 18).

5) Размер, расстояние и длина. Фигуры, равные по длине и размеру, кажутся различными (см. приложения 19, 20, 21).

6) Невозможные фигуры. В фигурах, кажущимися на первый взгляд обычными объектами, при внимательном рассмотрении становятся видны противоречивые соединения элементов (см. приложение 22, 23).

Вывод:

1. Подавляющее большинство иллюзий зрения возникает не из-за оптического совершенства глаза, а из-за ложного суждения о видимом, поэтому можно считать, что обман здесь возникает при осмысливании зрительного образа. Такие иллюзии исчезают при изменении условий наблюдения, при выполнении простейших сравнительных измерений, при исключении некоторых факторов, мешающих правильному восприятию.

2. Основной "виновник" обманов - наш мозг, который очень консервативен в своей нейро-физиологической активности. Мозг рационален и упрям. Мозг не хочет и не может воспринимать мир отличным от шаблона с устоявшимися правилами, логичными законами и знакомыми характеристиками.

3. Некоторые иллюзии обусловлены оптическим несовершенством глаза, особыми свойствами различных анализаторов, участвующих в зрительном процессе (сетчатка, рефлексы нервов).

IV. Заключение.

При выполнении работы:

1. Мы узнали, как осуществляется процесс зрения согласно законам геометрической и волновой оптики:

а) получение изображения на сетчатке глаза объясняется законами преломления и отражения света из геометрической оптики;

б) обработкой изображения занимается мозг, который получает совокупность сигналов-импульсов, поэтому важно заниматься вопросами энергии света, то есть изучать его волновые и корпускулярные свойства.

2) Познакомились со многими интересными фактами, возникающими в процессе зрения.

3) Научились проводить опыты, в ходе которых поняли важные принципы научного исследования: создание идеальных условий для проведения опытов, повторение опытов несколько раз, проведение опытов с максимальной точностью, грамотная обработка полученных результатов, подведение итогов.

4) Мы поняли, что знания о процессе зрения: поможет нам более бережно относиться к своему зрению, расширит наши познания в процессе зрения, пригодится нам при подготовке к Единому Государственному Экзамену (ЕГЭ).

С каждым годом появляются все более сложные качественные задачи по геометрической и волновой оптике, которые так же входят в ЕГЭ.

Используемая литература:

1. Бонгарл М. М., «Проблема узнавания», издательство «Наука».

2. Бызов А. Л., «Электрофизиологические исследования сетчатки»», издательство «Наука».

3. Вавилов С. И., «Глаз и Солнце», издательство АН СССР.

4. Гельмгольц Г., «О зрении», СПБ

5. Глезер В. Д., «Механизмы опознавания зрительных образов», издательство «Наука».

6. Кравков С.В., «Глаз и его работа», издательство АН СССР.

7. Миннарт М., «Свет и цвет в природе», Физматгиз.

8. Харрисон Дж., Уйанер Дж., Таннер Дж., Барни-кот Н., «Биология человека», издательство «Мир».

9. Кабардин О.Ф., Кабардина С.И., Орлов В.А., Типовые тестовые задания, ЕГЭ 2012, 2016, Физика, издательство «Экзамен».

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Надя Лиза

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6, 7

Приложение 8

Приложение 9, 10, 11, 12

Приложение 13, 14, 15, 16

Приложения 17, 18

Приложения 19, 20, 21

Приложение 22, 23