健康的眼睛:持續調節

1·預測

透過改變內部晶狀體的焦距(調節),正常的眼睛可以聚焦在從近點到無限遠的任何物體上。眼睛是否需要更短或更長的焦距才能聚焦到更近的物體?

2·設定

  1. 開啟 normal-eye 預設並按下 Reset。視網膜位於眼睛水晶體後方固定的 2.2 公分處。
  2. 啟用所需焦距讀數。
  3. 設定每次試驗的物距,並記錄眼睛必須採用的焦距,以將影像保留在視網膜上。

3·收集數據

物距d_o (cm)所需焦距f (cm)
30.00
60.00
120.00

針對三次試驗,繪製所需焦距f(Y軸)相對物距d_o(x軸)的關係圖。當d_o增大時,f是否趨近視網膜距離(2.2 cm)?

4·分析

  1. 對於一項試驗,使用 R = 2.2 cm(視網膜距離)計算 f = d_o·R/(d_o + R)。與表比較。
  2. 解釋為什麼 f 總是保持在 R = 2.2 cm 以下,當 d_o 變得非常大時(放鬆眼睛,聚焦於無窮遠)接近它,並且對於更近的物體則進一步下降到低於它(更多的調節努力)。

5·擴展

  1. 正常眼睛的近點(約25公分)設定了眼睛肌肉所能達到的最短焦距;它的遠點(無限遠)設定最長(完全放鬆)。解釋為什麼即使在健康的眼睛中,老化通常也會增加近點(老花眼)——水晶體失去靈活性,而不是無限遠處的聚焦能力。
  2. 相機自動對焦系統的機械功能與您的眼睛的生物學功能相同:調整鏡頭的有效焦距(通常透過移動鏡頭,而不是改變其形狀),以在不同物距下保持感測器上的影像清晰。為什麼相機鏡頭會發生物理移動,而眼睛的水晶體卻會改變形狀?

這個實驗背後的物理原理

眼睛調節

為了保持視網膜影像清晰,眼睛不斷調整水晶體的焦距:f = d_o·R/(d_o + R),其中R是固定的視網膜距離。較近的物體需要較短的焦距(更強的聚焦能力)。

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