看遠看近-人體眼睛晶體彈性與視力的測量

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現象說明

光線從眼睛的角膜(cornea)進入眼睛後,經過晶體(lens,也稱水晶體)的聚焦,投射到視網膜的感光細胞上,使人體可感知影像。光線進入眼睛後至視網膜上的成像路徑中,可透過晶體屈光度(見下文說明)的改變,進而調節物體影像聚焦的位置。眼睛可配合物體的遠近,調節光線的路徑使影像聚焦於視網膜上,形成清楚的影像。如此調節眼睛結構,使得影像可聚焦於視網膜,使視野清楚的調節作用,稱為眼睛的調視反應(accommodation)。

屈光度(Diopter)又稱為焦度,是用來衡量透鏡或曲面鏡「屈光能力(使光線轉折的能力)」的程度。平行光線經過透鏡或曲面鏡會形成焦距(f),而焦距的長短就可作為屈光能力大小的指標,焦距越短,代表屈光能力越大,故屈光度(φ)常以焦距的倒數(φ= 1/f)表示。國際常用單位為D,也就是1/公尺,例如:若焦距為0.5公尺,則屈光度為2D。圖一為各種透鏡與曲面鏡的焦點與焦距示意圖,凸透鏡與凸面鏡的焦距定義為正值,故其屈光度亦為正值;凹透鏡與凹面鏡的焦距定義為負值,故其屈光度亦為負值。眼鏡上的透鏡亦具有屈光度,常使用「度數」來表示,度數為屈光度(D)的數值乘以100,例如:若近視眼鏡鏡片(凹透鏡)的屈光度為-3.0,即為近視300度的鏡片。

晶體的屈光度是由睛體周圍的睫體(ciliary body)所控制,睫體連接懸韌帶(suspensory ligament),懸韌帶又連接著晶體。睫體中睫狀肌的收縮,可改變懸韌帶的張力,進而控制晶體的張力與形狀(圖二)。看近物時,睫體中的睫狀肌收縮,使懸韌帶放鬆,降低對晶體的拉力,使晶體突出(屈光度變大);視遠物時,晶體扁平(屈光度變小)。這些調節機制有利於物像聚焦於視網膜上(圖三)。

實驗材料:

  1. 30公分以上的直尺
  2. 10公尺以上的捲尺
  3. 視力表
  4. 晶體彈性量化用的紙卡(附件一)

探究問題

  • 2.1 實驗一:探討「年齡」因子對「可看清楚近物的最近距離」的效應
  • 2.2 實驗二:探討「性別」因子對「可看清楚近物的最近距離」的效應


實作項目

  • 3.1 實驗一:探討「年齡」因子對「可看清楚近物的最近距離」的效應
    • 控制變因:測量時,一次只測量一隻眼睛(左、右眼皆測),若有配戴眼鏡的受試者,未戴與戴上眼鏡皆進行測量,並詳細記錄左、右眼的近視(或遠視)度數與配戴的眼鏡鏡片度數,詳實記錄受試者的年齡、性別與其他可能影響實驗數據的資訊。
    • 操縱變因(探討的因子):不同的年齡。
    • 應變變因(比較的效應):可看清楚近物的最近距離,單位為公分。
量化方式:
  1. 將附件一(騎尺紙板)剪下對折後,如圖五插在刻度朝上的直尺(長度30公分以上)上。
  2. 將騎尺紙板上有條紋的那一面朝向自己,同時直尺上的0公分處也朝向自己。
  3. 將直尺頂在額頭處(圖六),閉上一側的眼睛,只用另一側眼睛觀察騎尺紙板上的條紋,若條紋可以看得清楚,則將騎尺紙板拉靠近眼睛,若條紋看不清楚(模糊),則將騎尺紙板拉遠離眼睛,直到找到適當的距離,可使騎尺紙板的條紋可看清楚的最近距離,將此距離(單位為公分)紀錄於表一。
  4. 除了測量自己雙眼的「可看清楚近物的最近距離」,也找尋家人、親戚、朋友等受試對象,儘量找不同年齡階層的受試者,並將受試者的相關資料(年齡、性別等)紀錄於表一。
  • 3.2 實驗二:探討「性別」因子對「可看清楚近物的最近距離」的效應
    • 控制變因:測量時,一次只測量一隻眼睛(左、右眼皆測),若有配戴眼鏡的受試者,未戴與戴上眼鏡皆進行測量,並詳細記錄左、右眼的近視(或遠視)度數與配戴的眼鏡鏡片度數,詳實記錄受試者的年齡、性別與其他可能影響實驗數據的資訊。
    • 操縱變因(探討的因子):性別。
    • 應變變因(比較的效應):可看清楚近物的最近距離,單位為公分。
  • 3.3 分析實驗結果:請將實驗數據記錄於下方紀錄表一中。

(表一) 測量人體眼睛「可看清楚近物的最近距離」的紀錄(單位為公分)。

編號出生年(西元)性別裸視近視/遠視度數戴眼鏡其他備註
左眼右眼左眼右眼左眼右眼
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
請將實驗數據(表一)中不同出生年的受試者,裸視所測量之「可看清楚近物的最近距離」,於圖七中繪製成XY分布圖。

圖七 不同出生年的受試者,裸視所測量之「可看清楚近物的最近距離」。
請將實驗數據(表一)中男性與女性受試者,分別將裸視所測量之「可看清楚近物的最近距離」計算出平均,於圖八中繪製成柱狀圖。
圖八 男性與女性受試者,裸視所測量之「可看清楚近物的最近距離」。


分析與結論

4.1 實驗一:探討「年齡」因子對「可看清楚近物的最近距離」的效應

請用一句話,說明本實驗發現的現象。

4.2 實驗二:探討「性別」因子對「可看清楚近物的最近距離」的效應

請用一句話,說明本實驗發現的現象。

4.3 我覺得以上的各實驗設計與結果,若用來探討「年齡」與「性別」因子對「晶體彈性」的效應,我發現兩者之間有什麼關係?


教學目標與評量

5.1 能善用量化工具。

5.2 能收集數據,分析實驗結果

5.3 能依據現有證據,正確推導出適當的研究結論。

5.4 能基於所學的學理知識,對探究過程所得的資訊作正確的判讀與應用。


參考文獻

[1] 蔡任圃,2012。測量人體眼睛晶體彈性之簡易裝置。臺北市第十三屆教育專業創新與行動研究(教材教具實物展示類)。


參考說明

附件一:測量人體眼睛「可看清楚近物的最近距離」的「騎尺紙板」