Lithuanian Team
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Titolo: Occhiali da vista
Argomenti: Occhiali da vista
Tempo: 90 minuti
Età:15 – 16 anni
(2 lezioni)
Differenziazione:
Linee guida, supporti ICT, etc.:
Agli alunni più capaci può
essere richiesto di
calcolcare l'errore di una
misura e di valutare
l'accuratezza della misura.
Per i più capaci e talentuosi
si può effettuare una
discussione sulla struttura
dell'occhio e la fisiologia
della vista.
Agli studenti che
completano il lavoro
velocemente si domanda di
lavorare sull'obiettivo
aggiuntivo loro fornito.
Agli studenti viene presentato un piano di lavoro e una lista
dei materiali necessari per l'attività.
L'analisi dei risultati e la discussione dopo aver completato
il lavoro è fatta in gruppi di 2-3 studenti.
Se in classe non ci sono le attrezzature necessarie,
l'insegnante mostra l'esperimento.
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Materiale richiesto per l'attività:
Obiettivi di apprendimento dell'attività
Tutti:
Occhiali da vista con lenti
convergenti,
Occhiali da vista con lenti
divergenti,
Banco ottico,
Una freccia con un oggetto,
Lenti convergenti,
Fonte di luce,
Un righello,
Uno schermo,
libri di testo;
scheda.
Conoscenze richieste:
Concetti delle anomalie della
vista, lenti sottili, fuoco delle
lenti, potere refrattivo,
ingrandimento;
Frazioni, calcolo dell'errore di
misura.
Salute e sicurezza:
Utilizzo sicuro della strumentazione
sperimentale.
Conosceranno le anomalie e i relativi metodi di
correzione.
Saranno capaci accertare sperimentalmente quali
occhiali servono per la correzione della miopia e quali
per l'ipermetropia.
Saranno capaci di definire la traiettoria dei raggi
attraverso le lenti.
La maggior parte:
Capiranno perché gli occhiali per miopi hanno lenti
divergenti e quelli da ipermetropi convergenti.
Saranno capaci di spiegare il funzionamento del
meccanismo degli occhiali correttivi.
Saranno capaci di descrivere i parametri principali
delle lenti a contatto.
Saranno capaci di tracciare e descrivere l'immagine
dell'oggetto formato da lenti convergenti e divergenti.
Alcuni:
Saranno capaci di valutare come cambia l'immagine di
un oggetto a seconda della sua distanza dalla lente.
Saranno capaci di valutare l'errore di misura.
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Descrizione della lezione
Attività iniziale
Gli alunni entrano in classe e mettono via giubotti e zaini.
Agli alunni viene domandato di ricordare argomenti di matematica: calcolo di frazioni, espressioni con
incognite, calcolo degli errori di misura.
Discuti questi argomenti con gli studenti:
Ci sono studenti che portano occhiali?
Questi studenti hanno problemi a vedere oggetti vicini o lontani?
Che tipo di lenti sono usate per correggere la vista?
Chi sono gli studenti con gli occhiali con le maggiori diottrie?
Chi sa il significato fisico di diottria?
Agli alunni viene chiesto di approfondire quali sono le anomalie della vista, di spiegare la formula
delle lenti sottili, il fuoco delle lenti, il potere rifrattivo, il concetto di ingrandimento.
Ai più capaci e talentuosi si richiede una discussione sulla struttura dell'occhio e della fisiologia della
vista.
Attività principale
Gli alunni iniziano a lavorare sulla scheda Occhiali da vista.
Viene data una spiegazione dell'esercizio.
Gli studenti in gruppi di 2-3 effettuano gli obiettivi dell'esperimento.
Se in classe non sono presenti le attrezzature necessarie, l'insegnante mostra l'esperimento.
Obiettivo dell'esperimento:
I.
II.
III.
Verificare sperimentalmente quali occhiali correggono la miopia e quali l'ipermetropia.
Misurare il potere refrattivo e la lunghezza focale delle lenti convergenti per la correzione
dell'ipermetropia.
Misurare il potere refrattivo e la lunghezza focale delle lenti divergenti per la correzione della
miopia.
I.
1. Organizza gli strumenti nel banco ottico nel seguente ordine: fonte luminosa, un oggetto,
lente (occhiali da vista) e uno schermo sono posizionati in modo tale che la retta passante per il centro
della lente e il centro della fonte luminosa sia perpendicolare allo schermo.
2. Metti a fuoco la lente sullo schermo fino ad ottenere un'immagine chiara dell'oggetto
(freccia). Si ha un'immagine dell'oggetto reale solo quando si usano lenti convergenti, che sono
utilizzate per la correzione dell'ipermetropia.
3. Se mettendo a fuoco la lente non si riesce a produrre un'immagine distinta dell'oggetto sullo
schermo, vuol dire che la lente è divergente. Queste lenti correggono la miopia.
II.
1. Utilizza il banco ottico preparato nella prima parte dell'esperimento.
2. Metti a fuoco la lente per l'ipermetropia (lenti convergenti) fintanto che ottieni un'immagine
dell'oggetto (freccia) sullo schermo ben definita, ingrandita due e tre volte.
3. Misura con un righello la distanza tra l'oggetto e la lente d e la distanza tra la lente e lo
schermo f.
4. Usando la formula delle lenti sottili, calcola la lunghezza focale F della lente.
5. Ripeti l'esperimento tre volte, variando la distanza dell'oggetto dalla lente e ottenendo
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un'immagine ingrandita o rimpicciolita dell'oggetto.
6. Inserisci i risultati delle misure in una tabella.
7. Calcola il valore medio della lunghezza focale Fm. e utilizzala per calcolare il potere
rifrattivo della lente D.
III.
Figura 1
1. Organizza gli strumenti nel seguente ordine: fonte luminosa, oggetto (freccia), lente divergente,
lente convergente e schermo. Deve essere impostato in modo che il centro delle lenti, della fonte
luminosa e dell'oggetto formano una retta perpendicolare allo schermo (Figura 1).
2. Sposta la lente convergente fino ad ottenere un'immagine distinta dell'oggetto sullo schermo.
Misura la distanza tra l'oggetto e la lente divergente d.
3. Segna la posizione delle lente divergente (punto A), e togli la lente. Non spostare la lente
convergente e lo schermo. L'immagine sullo schermo, una volta tolta la lente divergente, diventa
sfocata.
4. Senza muovere la lente convergente e lo schermo, avvicina l'oggetto alla lente convergente fino
ad ottenere un'immagine distinta sullo schermo. Significa che l'oggetto ora è in quella posizione dove
prima c'era l'immagine virtuale ottenuta dalla lente divergente S1.
5. Calcola la distanza dalla posizione del nuovo oggetto al posto dove prima stava la lente
divergente. Questa sarà la distanza dell'immagine virtuale dalla lente f.
6. Usando le formule delle lenti, calcola la lunghezza focale F della lente divergente. Non scordare
che la distanza tra la lente e l'immagine virtuale è negativa.
7. Ripeti l'esperimento tre volte, variandola distanza tra l'oggetto e le lenti.
8. Metti i risultati delle misure in tabella.
9. Calcola il valore medio della lunghezza focale Fm. e utilizzala per calcolare il potere rifrattivo
della lente D.
Attività con le schede
Agli alunni viene chiesto di completare le schede sull'attività individualmente: gli viene richiesto di
rispondere come distinguere sperimentalmente le lenti convergenti e divergenti, di inserire i dati in
tabella e di tirare le conclusioni.
Agli alunni più capaci si può richiedere di calcolare l'errore di una misura e di valutarne l'accuratezza.
A chi ha completato il lavoro velocemente viene richiesto di lavorare sull'obiettivo aggiuntivo
(Disegnare le immagini ottenute con le lenti).
Attività conclusiva
Agli alunni viene chiesto come hanno effettuato la procedure; gli viene chiesto di considerare le
ragioni di tutti i risultati strani.
Agli alunni viene chiesto di esporre una conclusione su come determinare sperimentalmente a cosa
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servono gli occhiali, e su come le immagini vengono modificate variando la distanza degli oggetti tra
la lente.
Per i più capaci e talentuosi la discussione può vertere anche sul calcolo degli errori di misura e
l'accuratezza del risultato.
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Worksheet
Occhiali da vista
La distanza focale di una lente sottile può essere calcolata con la seguente formula:
1 1 1
.
F d f
Con F –distanza focale della lente, d – distanza dell'oggetto dalla lente, f – distanza dell'imagine dalla
lente. Non dobbiamo dimenticarci che, se l'immagine dell'oggetto o la distanza focale (per lenti
divergenti) è virtuale, dobbiamo mettere il segno “-“. Il potere rifrattivo della lente è calcolato con la
seguente formula:
D
1
.
F
Con D – poterer rifrattivo della lente (in diottrie o m-1), F - lunghezza focale della lente (in metri).
L'ingrandimento lineare della lente mostra quante volte l'immagine dell'oggetto è più grande
dell'oggetto stesso.
f
h
.
d H
Con h - grandezza dell'immagine, H – grandezza dell'oggetto.
Con le lenti divergenti si formano immagini virtuali dell'oggetto, che non possono essere osservate
direttamente sullo schermo. Pertanto, per determinare la distanza focale delle lenti divergenti, si usa un
sistema costituito dalle lenti L1 (divergente) e L2 (convergente), con cui si ottiene l'immagine virtuale S'
dell'oggetto S (la sua posizione dal punto di vista delle lenti non può essere determinata, e con la lente
convergente L2 è proiettata sullo schermo E (Figure 1).
Figure 1
L'occhio – sistema ottico.
Il sistema ottico dell'occhio è una lente
convergente con distanza focale variabile.
Tale sistema ottico consiste di cornea, umor
acqueo, cristallino, umor vitreo. I raggi
luminosi, entrando nell'occhio, finiscono sulla
superficie della cornea. Inoltre sono
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Worksheet
ulteriormente indirizzati dal cristallino e dall'umor vitreo. Passando attraverso il cristallino, i raggi
incrociano la retina (Figure 2a) e formano un'immagine rovesciata rimpicciolita dell'oggetto. Questa
provoca le terminazioni del nervo ottico, che trasmettono un segnale al cervello. Qui, l'immagine viene
nuovamente rovesciata e si vede l'immagine reale. Il centro del sistema ottico dell'occhio è a una
distanza di 5 mm dalla cornea. Quando il muscolo dell'occhio è in posizione rilassata, il potere
rifrattivo del sistema ottico è di 59 D, quando è teso al massimo è di 70 D. una caratteristica importante
dell'occhio come strumento ottico è la capacità di cambiare automaticamente i parametri del sistema
ottico a seconda di cosa vede l'occhio. Questa caratteristica è detta accomodazione. La sfera di
accomodazione è determinata dalla posizione di due punti:
▪ Il punto più lontano di accomodazione è definito dalla posizione di un oggetto, la cui immagine è
messa a fuoco sulla retina senza sforzare il muscolo. Il punto più lontano di accomodazione di un
occhio normale è all'infinito.
▪ Il punto più vicino di accomodazione. Avvicinando l'oggetto, la compressione del muscolo
pressa la lente e la sua distanza focale diminuisce in modo che l'oggetto sia nuovamente proiettato sulla
retina. Per distinguere l'oggetto in gran dettaglio, si può avvicinare al punto più vicino di
accomodazione, quindi il muscolo oculare viene teso al massimo. Per un occhio normale questa
distanza è di 10-20 cm dall'occhio. Il punto più vicino di accomodazione aumenta con l'età. Oltre a
questi due punti, lo stato dell'occhio è
anche definito dalla distanza di visione
ottimale. Questa distanza è la minima alla
quale un occhio, senza una tensione
speciale del muscolo, distingue i dettagli
degli oggetti. Questa distanza per un
occhio normale è di 25 cm.
Miopia e ipermetropia.
Quando il punto di accomodazione non
raggiunge il limite di accomodazione
lontano o vicino, una persona si dice
miope o ipermetrope. Nell'occhio di una
persona miope, le immagini degli oggetti
lontani non si formano sulla retina, ma
davanti ad essa (Figure 2b). Queste
persone vedono le immagini lontane
sfocate. Il punto più lontano di
accomodazione non è molto lontano, e la
distanza di visione ottimale è anche più
vicina. Negli occhi delle persone ipermetropi, l'immagine degli oggetti si forma dietro la retina (Figure
2c). Guardando gli oggetti più da vicino, l'occhio riesce ad accomodare quando la distanza dell'oggetto
è più di 25 cm.
Occhiali.
Per vedere normalmente, cioè con le immagini a fuoco sulla retina, si usano delle lenti opzionali – gli
occhiali da vista. Per i miopi, gli occhiali che diminuiscono il potere ottico sono di grande aiuto,
pertanto si usano lenti divergenti (Figure 3b). Passando per questo tipo di lenti, i raggi paralleli
vengono percepiti dall'occhio come arrivanti dal punto di accomodazione lontano. Pertanto le persone
miopi possono vedere oggetti distanti. Il potere rifrattivo degli occhiali da miopia è negativo. Gli
occhiali che aumentano il potere ottico invece aiutano gli ipermetropi. In questo caso si usano lenti
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Worksheet
convergenti (Figure 3a). Passando attraverso questa lente, i raggi paralleli, una volta piegati nella lente,
divergeranno di meno e saranno a fuoco sulla retina. Il potere rifrattivo degli occhiali da ipermetropia è
positivo.
Domande
Risposte
1. Cos'è la distanza focale delle lenti?
2. Cos'è la potenza ottica delle lenti?
3. Cosa significa la frase "L'ingrandimento della
lente è uguale a to 0,5?"
4. Un'immagine virtuale può essere proiettata sullo
schermo?
5. Quando e quali occhiali devono indossare
ipermetropi e miopi?
6. Data l'equazione lineare:
1/2 - 3x/4 = 5/8.
Ricava x.
7. La formula delle lenti sottili è data da:
1 1 1
F d f .
Ricava d.
8. La formula delle lenti sottili è data da:
1 1 1
F d f .
d = 24 cm, f = 0,4 m
Trova F.
9. La formula delle lenti sottili è data da:
1 1 1
F d f .
F = 20 cm, d = 30 cm
Trova f.
8
.
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Answer sheet
Occhiali da vista
Scheda delle risposte
I.
Quali lenti servono per correggere l'ipermetropia e quali la miopia:
Se, con la lente in oggetto, si ottiene un'immagine a fuoco sullo schermo
La lente ................................................ serve per correggere ...............................................
Se con la lente non si riesce ad ottenere un'immagine a fuoco sullo schermo
La lente ................................................ serve per correggere ...............................................
II e III.
Riempi la tabella dei dati:
Obiettivo
Esperimento
numero
1
2
3
1
2
3
II
III
f, m
Descrizione
dell'immagine
F, m
Extra. Calcola l'errore di una misura:
d = ……… …….. m,
F
d, m
f d
,
d f
F = F
1 2 3
f = ……… ….… m,
= 1 + 2 + 3
f d f d
f
d
d f
=
F = F =
La misura ottenuta è
F = ……… …… m, o …….. F ………
9
Fm, m
D, D
Lithuanian Team
Answer sheet
Conclusioni:
Scrivi come determinare sperimentalmente quale anomalia della vista correggono un paio di
occhiali in esame.
................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
Dai risultati sperimentali, concludi come variano le immagini cambiando la distanza
dell'oggetto dalla lente.
..............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................
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Extension
Disegnare le immagini ottenute con le lenti
Traccia l'andamento dei raggi nel caso di un oggetto messo ad una distanza di 2Fm da una
lente convergente. Descrivi l'immagine ottenuta. Qual è la distanza tra la lente e l'immagine
a fuoco dell'oggetto?
Traccia l'andamento dei raggi nel caso di un oggetto messo ad una distanza di 2Fm da una
lente divergente. Descrivi l'immagine ottenuta. Qual è la distanza tra la lente e l'immagine a
fuoco dell'oggetto?
Il punto lontano di accomodazione di un miope è di 80 cm. Calcola quale potere rifrattivo
degli occhiali è necessario usando la formula delle lenti sottili.
Se un miope vede a livello ottimale ad una distanza di 16
cm, ma non a 25 cm, allora il potere rifrattivo dei suoi
occhiali deve essere
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