Stunde 7 bis 9 Bildentstehung und Akkommodation · 440_Bildentstehung_Akkommodation_Fehlsichtigkeit.docx ZPG Biologie 2016 Seite 2 von 19 Erzeuge ein Bild des Fensters oder einer

440_Bildentstehung_Akkommodation_Fehlsichtigkeit.docx ZPGBiologie2016 Seite1von19

Informationssysteme

Bildungsplanbezug:

3.2.2.4Informationssysteme

DieSchülerinnenundSchülerkennenSinnesorganedesMenschenundihreBedeutungfürdieInfor-mationsaufnahmeausUmweltundeigenemKörper.AmBeispielAugekönnensieZusammenhängezwischenStrukturundFunktionerklären,FehlsichtigkeitenbeschreibenundKorrekturmöglichkeitenbegründen.

DieSchülerinnenundSchülerkönnen(1) dasReiz-Reaktions-SchemaaneinemBeispielerläutern(2) SinnesorganeihrenadäquatenReizenzuordnenunddieSinneszellealsSignalwandlerbeschrei-

ben(3) GefahrenfürSinnesorganeerläuternundSchutzmaßnahmennennen(4) denBaudesAugesbeschreibenunddieFunktionderBestandteileerläutern(unteranderem

Akkommodation)(5) anatomischeUrsachenfürFehlsichtigkeitbeschreibenundMöglichkeitenderKorrekturbe-

gründen

Stunde7bis9BildentstehungundAkkommodation

Thema Sozial-form

Material,Hinweise

Einstieg

Variante1:VersuchemitderLupe

Aufgabe:ErzeugemithilfederLupeeinBilddesFenstersaufeinemBlattPapier.Be-schreibedeineBeobachtungen.NotiereFragen,diesichausdiesemVer-suchergeben.

Beobachtungen:- Esentstehteinverkleinertes,seitenverkehrtesundumgedrehtesBild.- NurbeieinembestimmtenAbstandvonLupeundPapierentstehtein

scharfesBild.

MöglicheFragen:- WiefunktioniertdasAuge?- WelcheStrukturenunseresAugesentsprechenderLupebzw.dem

BlattPapier?- WeshalbsehenwirdieWeltnichtkopfüberundseitenverkehrt?- WiesoistdasBild,daswirwahrnehmen(fast)immerscharf?- WarumbrauchenmancheMenscheneineBrille?

Variante2:VersuchemitderLochkamera

Aufgabe:

Bauanlei-tungLoch-kamera


ErzeugeeinBilddesFenstersodereinerKerze.BeschreibedeineBeobach-tungen.NotiereFragen,diesichausdiesemVersuchergeben.

Beobachtungen:- Esentstehteinverkleinertes,seitenverkehrtesundumgekehrtesBild

aufderMattscheibe.- JegrößerdasLoch(dieBlende),destoheller(undunschärfer)istdas

Bild.- JegrößerderAbstandvonBlendeundMattscheibe,destogrößerist

dasBild.

MöglicheFragen:- WiefunktioniertdasAuge?- WashabenunserAugeunddieLochkameragemeinsam?- WelcheStrukturenunseresAugesentsprechenderBlendebzw.der

Mattscheibe?- WeshalbsehenwirdieWeltnichtkopfüberundseitenverkehrt?- WiesoistdasBild,daswirwahrnehmen(fast)immerscharf?- WarumbrauchenmancheMenscheneineBrille?

Hinweis:DieBildentstehungbeieinerLochkameraistTeilderEinheit3.2.2OptikundAkustikdesBildungsplansPhysikKlasse8.Fallsvorhanden,kannanstellederLochkameraaucheineoptischeBankeingesetztwerden.

Akkommodation

Problem:WieerfolgtdieSchärfeneinstellungdesAuges?

Akkommodation:EntfernungsanpassungdesAuges

Frage:WieerfolgtdieAkkommodation?

Hypothesen:• VeränderungdesAbstandsvonLinseundNetzhaut(wiebeiderLoch-

kamera)• VeränderungderBrechkraftderLinsedurchVerformungderLinse

ÜberprüfungderHypothesen:

a) Experimentell(phänomenologisch)amAugenmodellmitvariablerLinse(selbstgebasteltesoderkäuflicherworbenesModell,s.u.):z.B.naherGegenstandscharfabgebildetbeiabgekugelterLinse

b) Simulation,z.B.- NaturaBiologie-TrainerB:StrahlengangundAkkommodation

(alternativKlettMediathekMenschenkunde2)- SehenmitundohneBrille

https://www.planet-schule.de/sf/php/mmewin.php?id=66- GIDA:AugeundoptischerSinnI

https://www.youtube.com/watch?v=_fHsc0yTWzUErgebnis:WeitentfernteGegenständewerdendurcheineflache,naheGegenständedurcheinestärkergekrümmteLinsescharfabgebildet.

ÜbersichtFunktions-modelledesAuges,Bauanlei-tung


Frage:WodurchwirddieKrümmungderLinseverändert?ErarbeitungdesZusammenspielsvonZiliarmuskel,LinsenbändernundLinseanhandeinesModells.

Bauanlei-tungMo-delle

Sicherung

Hinweise:

BeiSäugern,VögelnundReptilienerfolgtdieAkkommodationdurchVerän-derungderFormunddamitderBrechkraftderelastischenLinse.BeiTinten-fischen,FischenundAmphibiendurchVeränderungdesAbstandszwischenderstarrenLinseundderNetzhaut.

VergleicheBildungsplan2016,Physik,3.2.2OptikundAkustik:(11)DieSchülerinnenundSchülerkönnendieWirkungeineroptischenLinsebeschreiben(Sammellinse,Brennpunkt,WahrnehmungseffektewiezumBeispielBildumkehrung).

Ziliarmuskel Linsenbänder LinseNaheinstellung kontrahiert schlaff abgekugeltFerneinstellung entspannt straff flach

AB1

Lernkontrolle

Variante1:LegekärtchenzurAkkommodation

Variante2:Abstimmungskärtchen(Biosphäre3,Cornelsen,2014,S.39)

Legekärt-chenAk-kommoda-tion

BestimmungdesNahpunkts

Nahpunkt:geringsteEntfernungvomAuge,indermannahegelegeneGe-genständegeradenochscharfsehenkann.

VorbereitendeHausaufgabe:BestimmungdesNahpunktsbeiPersonenun-terschiedlichenAlters.

Frage:GibteseinenZusammenhangzwischendemNahpunktunddemAl-ter?

Ergebnis:MitzunehmendemAlterrücktderNahpunktimmerweiterweg(Altersweitsichtigkeit).

AB2

UrsachederAltersweitsichtigkeit

Clicker-Frage:MitzunehmendemAlterrücktderNahpunktimmerweiterweg.SomussbeimLesen,dasBuchimmerweiterweggehaltenwerden,umesscharfzusehen.Dieskönntedaranliegen,dass...A)derZiliarmuskelversteiftundnichtmehrvollständigerschlaffenkann.B)dieLinseanElastizitätverliertundsichnichtmehrsogutabkugelnkann.

Folie:Clicker-Frage


C)dieLinsenbänderausleiernunddadurchlängerwerden.D)dieLinsesichdurchAblagerungenzunehmendeintrübt.

Sicherung

Altersweitsichtigkeit:MitzunehmendemAlterverliertdieLinseihreEi-genelastizität,siekannsichnichtmehrabkugeln.

Kurz-undWeitsichtigkeitundihreKorrektur

Einstieg:SimulationenzurBeeinträchtigungderSehkraftbeinah-undweitsichtigenPersonenhttps://www.augenklinik.de/mediathek/simulationen.html

HypothesenzuUrsachenderverringertenSehkraft,z.B.- Augapfelzukurz/zulang- mangelndeElastizitätderLinse- SchwächedesZiliarmuskels

ÜberprüfungderHypothesen:PhänomenologischamAugenmodellmöglich(z.B.mitderSehfehler-Box)odermithilfeeinerSimulation,z.B.https://www.planet-schule.de/sf/php/mmewin.php?id=66

Sicherung

Weitsichtigkeit:AugapfelzukurzoderBrechkraftderLinsezuklein:scharfesBildentstehthinterderNetzhautFolge: unscharfesBildnaherObjekteKorrektur: Sammellinse(Konvexlinse)

Kurzsichtigkeit:AugapfelzulangoderBrechkraftderLinsezugroß:scharfesBildentstehtvorderNetzhautFolge: unscharfesBildfernerObjekteKorrektur: Zerstreuungslinse(Konkavlinse)

AB3

Lernkontrolle

LegekärtchenzuFehlsichtigkeitundihrerKorrektur

Lege-kärtchen


Übersicht FunktionsmodellezumAuge

Augenmodell Hersteller,Preis(inkl.MwSt,Stand5/16) Bemerkungen

PhyweAuge,5Gruppen,Experimen-tier-KitArtikel-Nr.:87964-05HedingerExperimentiersatzAugeArt.-Nr.:SL2882165,41€

WirkungderPupilleundderAugenlinse,Weit-undKurzsichtigkeitmitKorrektur;5AugenmodellezurGruppen-arbeitmitje5Konkav-undKonvexlinsenund5KerzenBegleittext

HedingerPhysiologischesAuge-Funkti-onsmodellArt.-Nr.:SL3402A411,44€

Nah-undFernsehen,Kurz-undWeitsichtigkeitundderenKorrektur,AkkommodationdurchAustau-schenderLinsen;imTransportkoffermitAnlei-tung

CornelsenExperimentaFunktionsmodelldesmensch-lichenAugesArtikelnummer:GA47030470,05€

FunktionderPupille,AkkommodationdesAuges,Kurz-undWeitsichtigkeitmitKorrektur

BetzoldAugen-FunktionsmodellBestellnummer:8474027,90€

MitFlüssig-Linseinkl.Brillengläsern,mitAnleitung

PhyweAugenfunktionsmodellArtikel-Nr.:66650-00301,07€

Augapfel,schematischnachge-bildetmitabnehmbarem,alsProjektionsflächeausgebilde-temhinteremTeil2AbstandsringezurVerände-rungderLängedesAugapfels2VorsatzlinsenzurKorrekturderSehfehlerModelldurchmesser:110mm


HedingerAugenmodellmitvariablerLinseMaße:32x18cmArt.-Nr.:SL2885403,41€

Akkommodationdurchvari-ableLinse(Wasserdruck),SimulationvonKurz-undWeit-sichtigkeitdurchVeränderungderAugapfellänge,KorrekturdurchvorgesetzteLinsen;Begleittext

ähnlichwieoben

VincentLeermiddelenScienti-ficFunktionsmodelldesAuges(verkleinerteAusführung)-W16003[1005047]Maße:32x18cmArtikelnummer:30013325,59€

Akkommodationdurchvari-ableLinse(Wasserdruck),SimulationvonKurz-undWeit-sichtigkeitdurchVeränderungderAugapfellänge,KorrekturdurchvorgesetzteLinsen;Begleittext

BetzoldSehfehler-BoxBestellnummer:8813022,95€Hinweis:DidaktischeReduk-tion,nurbeiunendlichweitentfernterLichtquelleliegtderBrennpunktaufderNetz-haut.

MitHilfevon3Farbstrahlern(rot,grünundblau),einer„Au-genlinse“undeinerAugen-SkizzezumFertigzeichnenstel-lendieSchülerdieSituationbeimnormalsichtigen,kurz-sichtigenundweitsichtigenAugenach.Setmit3Farbstrahlern,1Kon-vexlinse,1Anleitungund1Ko-piervorlage.

BetzoldExperimentier-SetOptik"Bild-entstehungimAuge"Bestellnummer:8994768,00€Hinweis:DidaktischeReduk-tion,nurbeiunendlichweitentfernterLichtquelleliegtderBrennpunktaufderNetz-haut.

6ExperimentemitLösungenundKopiervorlagenzuopti-schenLinsen,BildentstehungimAuge,Kurz-undWeitsichtig-keitmitKorrektur,Akkommo-dation;Inhalt:7optischeLinsen,1LED-Strahlerbox,4Arbeitsunterlagen,1HandreichungmitLern-undLückentexten

Fotos:ZPGBiologie2016


BauanleitungAugenmodellmitvariablerLinseMaterial:- eineStyroporhohlkugel(d=15cm),ca.2€- eineAcrylglaslinse(f=120mm,d=16,5mm,OptimediaNr.6),

ca.1,10€- Transparentpapier- einekleinePlastikschale(z.B.Petrischale.,d=30bis40mm)- Gummimembran(z.B.Kondom)- DichtringoderGummiring- Kunststoff-Einwegspritze(5ml)- Silikonschlauch(passendzurEinwegspritze)- schwarzeFarbe(geeignetfürStyropor,z.B.Wasserfarbe)- BastelkleberDasInnerebeiderHalbkugelnmitschwarzerFarbeanstreichenundtrocknenlassen.

FürdieMattscheibevoneinerHalbkugeleinenKugelabschnittab-schneiden(Kreismitr=5,5cmumdenKugelpolziehen),beimSchnei-dendaraufachten,dasseinebenerSchnittentstehtundkein„Hügel“oder„Krater“(Abb.1).AusTransparentpapiereinenKreismitd=10cmausschneidenundaufdieSchnittflächekleben(Abb.2).

IndieandereHalbkugelamKugelpoleinLochmitd=15mmschnei-denunddieAcrylglaslinsehineindrücken(Abb.3).

IndenRandderPlastikschalemiteinerheißenNadeleinkleinesLochbohren,dessenDurchmesserdemdesSilikonschlauchsentspricht,so-dassmandasSchlauchstückstraffeinschiebenundverklebenkann.

ÜberdiePlastikschaleeinStückeinesKondomsspannenunddiesesmiteinemGummiringbefestigen(Abb.4).

DiePlastikschalemithilfevonSchlauchundSpritzeluftblasenfreimitWasserfüllen.VerbleibendeLuftblasenkannmanabsaugen,indemmandieSchalesenkrechtstellt,sodassdieÖffnungmitdemSchlauch-auslassnachobenzeigt.

DievariableLinsemitdoppelseitigemKlebebandhinterderfestenLinseimInnernderHalbkugelbefestigen.

IndieWandderHalbkugeleinkleinesLochbohren,denSilikon-schlauchdurchdiesesLochnachaußenführenundaneinemitca1mlWassergefüllteSpritzeanschießen(Abb.5)

DanndiebeidenHalbkugelnzusammenstecken.

Quelle:Verändertnachhttp://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/archiv/in-halt_materialien/phy_med_opt/simulation_fehlsicht.pdf


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BauanleitungfüreineLochkamera SehreinfacheBauanleitungenfürdieuntenabgebildeteLochkamerafindetmanauffolgendenSei-ten:http://www.bauanleitung.org/elektro/lochkamera-bauanleitung/http://www.google.com/url?q=http://www.landkreis-esslingen.de/site/LRA-Esslingen-ROOT/get/70177/Fotografiere..&sa=U&ved=0CBQQFjAAahUKEwj819r1yunGAhVGCiwKHUBvAEQ&usg=AFQjCNEAlcDnmP4-CeP140LGcQJMuZew0Ahttp://www.leifiphysik.de/themenbereiche/lichtausbreitung/versuche



ModellezurAkkommodation Modell1

Material:TortenringausKunststoff,Schnur,Luftballon,Heißkleber

DieSchnüreaneinemEndemitHeißkleberamaufgeblasenenLuftballonbefestigen.DasandereEndederSchnüredurchLöcherimTortenringfädelnundverknoten.

Idee:K.Goppold,Fotos:G.Kienzle


Modell2

Material:

StabileSchläucheinzweiverschiedenenDurchmessern,derdickereca.1,20m,derdünnereca.1,60mlang(Baumarkt),Schnur,Stoff,Luftballon

DiebeidenSchläuchewerdenjeweilsgedritteltundwieaufdemFotogezeigtineinandergeschoben,sodasseinRingentsteht,derdenZiliarmuskeldarstellensoll.ZweikreisrundeLagenStoff(Durchmesserca.20cm)werdensozusammengenäht,dass12jeca.50cmlangeSchnüreinregelmäßigenAbständenmiteingenähtwerden.EineÖffnungvonca.3cmwirdnichtzugenäht,sodassdieTaschedurchdieseÖffnunggewendetwerdenkann.SpäterwirdhierderLuft-balloneingesetztunddanachaufgeblasenundverknotet.Ersolltenichtzuprallgefülltwerden,damiterunterZugauchdeutlichflacherwird.DieSchnürewerdensoamRingfestgeknotet,dasssiebei„maximalentspanntemZiliarmuskel“undbereitsohneLuftballonrelativstraffgespanntsind.DannsolltedasModellmiteinemLuftballonge-testetwerden,bevordieSchnüreabgeschnittenwerden.

IdeeundFotos:G.Kienzle


AB1:AkkommodationErgänzefehlendeStrukturenindenSkizzenundfülledieTabellevollständigaus.

Naheinstellung Ferneinstellung

Ziliarmuskel

Linse

LinsenbänderDurchihreEigenelastizitätkugeltsichdieLinsevonselbstab,wennkeineKraftaufsiewirkt.

Ziliarmuskel kontrahiert

Linsenbänder

Linse abgekugelt

Lösungshinweise:

Naheinstellung Ferneinstellung

Ziliarmuskel

Linse

LinsenbänderDurchihreEigenelastizitätkugeltsichdieLinsevonselbstab,wennkeineKraftaufsiewirkt.

Ziliarmuskel kontrahiert entspannt

Linsenbänder schlaff straff

Linse abgekugelt flach


Legekärtchen: AkkommodationSchneidedieKärtchenausundverbindesiemitPfeilenzueinemVerlaufsschema,dasdieVor-gängebeiderNah-undbeiderFernakkommodationerklärt.

Nahakkommodation: Linsenbänderwerdengespannt

geringereBrechkraftderLinse

ferneObjektewerdenscharfgesehen

höhereBrechkraftderLinse

Linsewirdflachgezogen

Fernakkommodation: naheObjektewerdenscharfgesehen

Ziliarmuskelziehtsichzusammen

Linsekugeltsichab Linsenbändererschlaffen Ziliarmuskelerschlafft

SchneidedieKärtchenausundverbindesiemitPfeilenzueinemVerlaufsschema,dasdieVor-gängebeiderNah-undbeiderFernakkommodationerklärt.

Nahakkommodation: Linsenbänderwerdengespannt

geringereBrechkraftderLinse

ferneObjektewerdenscharfgesehen

höhereBrechkraftderLinse

Linsewirdflachgezogen

Fernakkommodation: naheObjektewerdenscharfgesehen

Ziliarmuskelziehtsichzusammen

Linsekugeltsichab Linsenbändererschlaffen Ziliarmuskelerschlafft


LösungLegekärtchen: Akkommodation

Nahakkommodation: Fernakkommodation:

Ziliarmuskelziehtsichzusammen Ziliarmuskelerschlafft

Linsenbändererschlaffen Linsenbänderwerden

gespannt

Linsekugeltsichab Linsewirdflachgezogen

höhereBrechkraftderLinse geringereBrechkraft

derLinse

naheObjektewerdenscharfgesehen ferneObjektewerden

scharfgesehen


AB2:BestimmungdesNahpunktsMaterial:Lineal,spitzerBleistift

DerNahpunktistdiekleinsteEntfernungvomAuge,indermannahegelegeneGe-genständegeradenochscharfsehenkann.

Durchführung:SetzedasLinealvorsichtignahederAu-geninnenkantean.FahrenunmitdemsenkrechtenBleistiftsolangeamLinealentlangRichtungAuge,bisdudieSpitzegeradenochscharfsehenkannst.BittedeinenPartnerdieEntfernungabzu-lesen.

FühredenVersuchmitmehrerenPer-sonendurchundnotieredeineMess-werteinderTabelle.

Frage:GibteseinenZusammenhangzwi-schenderEntfernungdesNahpunktsunddemAlter?

Lösungshinweise:MitzunehmendemAlterrücktderNahpunktimmerweiterweg.

Bildquellen:Nahpunktbestimmung:ZPGBiologie2016

MinimaleSehweite:https://de.wikipedia.org/wiki/Akkommodation_(Auge)#/media/File:Akkomodbreiterp.pngAutor:Anton,CCBY-SA3.0(14.01.2016)

Person Alter(Jahre) Nahpunkt(cm)


Folie:Clicker-FragezurAltersweitsichtigkeit



AB3 FehlsichtigkeitundihreKorrektur FormveränderungendesAugeskönnenzuunscharfemSehenführen.DieseFehlsichtigkeitenkönneninderRegeldurcheineBrilleoderKontaktlinsenausgeglichenwerden.Aufgaben:1. OrdnedieAbbildungenderKurz-bzw.derWeitsichtigkeitzuundbegründedeineZuordnung.2. ZeichneindievierTeilabbildungenein,anwelcherStellejeweilsdasscharfeBildentsteht.3. BeschreibeoderzeichnefürjededervierTeilabbildungendasNetzhautbild.4. MitwelchemTypLinseerfolgtjeweilsdieKorrekturderFehlsichtigkeit?NotiereinderAbbildung._____________sichtigkeit

Korrekturdurcheine_____________________________________________sichtigkeit

Korrekturdurcheine_______________________________ Bildquelle:ZPGBiologie2016

Netzhautbild:

Netzhautbild:

Netzhautbild:

Netzhautbild:


Legekärtchen: FehlsichtigkeitundihreKorrektur SchneidedieLegekärtchenausundordnesiezuzweisinnvollenSätzenan.DieSatzanfängesindjeweilsgrauunterlegt.

miteinerZerstreu-ungslinse,

BeiWeitsichtigkeitwerdenObjekteim

Nahbereich

scharfgesehen.InderFernedagegen

nurundeutlichge-sehen.InderFerne

dagegen

erscheintallesnurundeutlich.Ursa-chedieserFehlsich-

tigkeit

BeiKurzsichtigkeitwerdennaheOb-

jekte

erscheinenObjektescharf.Ursache

diefolgenderma-ßengeformtist: )(.

isteinzulangerAugapfel.DasBildfernerObjekte

diefolgenderma-ßengeformtist:().

entstündehinterderNetzhaut.Kor-

rigiertwird

entstehtvorderNetzhaut.Korri-

giertwird

isteinzukurzerAugapfel.DasBildnaherObjekte

miteinerSammel-linse,


LösungLegekärtchen: FehlsichtigkeitundihreKorrektur

BeiKurzsichtigkeitwerdennaheOb-

jekte

scharfgesehen.InderFernedagegen

erscheintallesnurundeutlich.Ursa-chedieserFehlsich-

tigkeit

isteinzulangerAugapfel.DasBildfernerObjekte

entstehtvorderNetzhaut.Korri-

giertwird

miteinerZerstreu-ungslinse,

diefolgenderma-ßengeformtist: )(.

BeiWeitsichtigkeitwerdenObjekteim

Nahbereich

nurundeutlichge-sehen.InderFerne

dagegen

erscheinenObjektescharf.Ursache

isteinzukurzerAugapfel.DasBildnaherObjekte

entstündehinterderNetzhaut.Kor-

rigiertwird

miteinerSammel-linse,

diefolgenderma-ßengeformtist:().

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Stunde 7 bis 9 Bildentstehung und Akkommodation · 440_Bildentstehung_Akkommodation_Fehlsichtigkeit.docx ZPG Biologie 2016 Seite 2 von 19 Erzeuge ein Bild des Fensters oder einer