專利名稱:多功能幾何光學(xué)演示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
及現(xiàn)有技術(shù)的不足中學(xué)物理教材幾何光學(xué)部分,演示實驗多,做好演示實驗對學(xué)生掌握幾何光學(xué)規(guī)律,理解幾何光學(xué)的光路,作好光路圖至關(guān)重要,要做好幾何光學(xué)實驗首先應(yīng)有高質(zhì)量的平行光源且?guī)资獾姆较蚰芊謩e調(diào)節(jié);其次,光路應(yīng)明亮、清晰。
現(xiàn)有的幾何光學(xué)儀器使用的光源主要有兩類(一)白熾燈會聚成的平行光這種光源的缺點主要是平行度不好,亮度不高;是白光,不易引起學(xué)生的足夠注意。
(二)用較大功率的特殊燈泡會聚成平行光,再經(jīng)棱鏡分解成紅、綠、藍三束光。這種光源平行度、亮度有所提高,色彩鮮艷。但使用該光源做透鏡原理實驗時,由于三種色光折射率不一樣,透鏡對它們會聚和發(fā)散程度不一致,反而不便講解焦點;另外,這種光源也不能同時演示透鏡對三條特殊光線的作用即(過光心的光線不改變方向,平行于主軸和過焦點的光線的光路)。
現(xiàn)有儀器顯示光路的方法利用光屏對光的漫反射。即在光屏上觀察光路。其不足之處是①亮度不足,受環(huán)境照度影響較大,往往需要在較暗的室內(nèi)實驗,給教學(xué)帶來不便;②光路只能在平面上顯示,無立體感。
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,設(shè)計一種光路顯示清晰,并可完成反射定律、折射定律、凹凸面鏡對光的作用,透鏡對光的作用,粗略測定液體的折射率、望遠鏡、顯微鏡的成像光路等初高中幾何光學(xué)實驗的多功能幾何光學(xué)演示器。
本實用新型具體是這樣實現(xiàn)的一種多功能幾何光學(xué)演示器,涉及光路顯示箱,光源,其特征在于A、所述光路顯示箱為一個帶可開啟的上蓋的箱體,箱體周邊與箱底密封,在箱底、箱體的一側(cè)及上蓋上各開有一個光束入射窗,其中光束入射窗的窗口裝有玻璃,且玻璃四周與其周邊密封,光束入射窗的周邊上設(shè)有光源座,在箱體內(nèi)的上部的左右箱壁上固定有一水平掛桿,箱體正面的箱壁為一透明材料板;B、光源置于光源座上;C、箱體內(nèi)的適當位置處裝有光學(xué)元件。
所述光源涉及激光筒,激光筒的支架盤及鎖緊螺母,其中支架盤上掏滑道,鎖緊螺母置于滑道中,另一端卡住激光筒,在支架盤的一邊還設(shè)有與光源座配合的卡件。其激光筒最好為3支,相應(yīng)地鎖緊螺母亦有3個,以較好地演示平行光等實驗。
所述光源座為固定于光束入射窗兩邊并與光束入射窗構(gòu)成一定間隙的卡板,支架盤的一邊寬于支架盤,且該邊與支架盤成直角并構(gòu)成卡件。
所述掛桿上掛有分度盤,分度盤的周邊標有角度標記,分度盤可沿NN'向彎折,沿MM'向略偏離中心處挖有狹縫,狹縫中插有平面鏡,分度盤的上邊沿向后彎折成掛鉤,掛鉤掛于掛桿上。
所述分度盤上還固定有一與掛鉤平行的推拉桿,在箱體的相應(yīng)位置還穿有一孔,推拉桿穿過該孔后伸出箱體外。
所述箱體的底板上還裝有支架座,支架座上置有柱面凹凸面鏡或組合棱鏡。
在本實用新型中,箱體及箱體上面開設(shè)的光束入射窗的形狀可能是矩形、圓形或其它形狀,但均為矩形為宜。
本套多功能幾何光學(xué)演示器具有以下顯著特點1、利用激光作光源光束為直徑2-3毫米的單色紅光,色彩鮮艷、亮度高、光束細,平行度好,可看成近似的光線。用三節(jié)五號電池作電源,使用方便,壽命長。
2、用三只激光筒安裝在光源盤上,三束光可獨立調(diào)控,既可演示平行光束入射,也可模擬點光源發(fā)出的幾束光。
3、光路顯示方法利用光路顯示箱顯示光路。箱子除下面嵌玻璃,其余各面均不透光,箱內(nèi)外亮度反差大;又在箱中施放適量煙霧或在水中放入少許懸浮微粒作漫反射介質(zhì),不需光屏就可觀察到鮮艷、明亮,具有立體感的光路。
4、功能多用該套儀器再配合普通透鏡,可完成光的反射定律、折射定律、凹凸面鏡對光的作用。透鏡對光的作用的研究;粗略測定水的折射率,望遠鏡、顯微鏡的成像光路等初、高幾何光學(xué)實驗。
圖1是本實用新型光路顯示箱的立體示意圖。圖2是光路顯示箱的俯視圖。圖3是圖2的A-A剖視圖。圖4是圖2的B-B剖視圖。圖5是光源支架盤放大后的俯視圖。圖6是圖5的C向視圖。圖7是圖5的D-D剖視的放大圖。圖8是激光筒的電路圖。圖9是分度盤放大后的正視圖。
圖10是圖9的E向示圖。
圖11是分度盤彎折狀態(tài)示意圖。
圖12是柱面凹凸面鏡的立體示意圖。
圖13是組合棱鏡之一的側(cè)視圖。
圖14是組合棱鏡之二的側(cè)視圖。
圖15是棱鏡支架的正視圖。
圖16是支架座的剖視圖。
圖17是光的折射和全反射光路圖。
圖18是凸透鏡的三條特殊光線光路圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步描述。
如
圖1、圖2、圖3和圖4,一種多功能幾何光學(xué)演示器所涉及的光路顯示箱的結(jié)構(gòu)包括一個由薄鐵板壓焊而成的帶可開啟的上蓋2的矩形箱體1,箱體1周邊與箱底密封,在箱底的左側(cè)、箱體1的右側(cè)壁及上蓋2上各開有一個矩形光束入射窗3、4和5,每個光束入射窗的窗口裝有玻璃,且玻璃四周與窗口周邊密封,窗口周邊還設(shè)有光源座6,在箱體1內(nèi)的上部的左右箱壁上還固定有一水平掛桿9,箱體1正面的箱壁為嵌于箱體1上的一塊玻璃。
所述光源座6為固定于光束入射窗3、4和5兩邊并與光束入射窗3、4和5構(gòu)成一定間隙的卡板。
在箱體1上部左側(cè)壁上還開有一小孔、箱體1底部裝有排水閥。
如圖5、圖6、圖7和圖8,所述的置于光源座6上的光源的具體結(jié)構(gòu)是在一個支架盤7上掏有滑道,滑道上置有3個可沿滑道移動的鎖緊螺母13,每個鎖緊螺母13上卡有激光筒11,激光筒還可通過調(diào)節(jié)鎖緊螺母13在支架盤7上轉(zhuǎn)動,在支架盤7的下邊還設(shè)有與光源座6配合的卡件10,且卡件10寬于支架盤7并與支架盤7成直角。
所述激光筒11的構(gòu)造是在一個殼體尾部裝有激光二極管17、凸透鏡19,在激光二極管17和凸透鏡19之間還裝有彈簧18,在凸透鏡19前面還裝有聚焦調(diào)節(jié)螺母20,在殼體前端部設(shè)有端蓋21。
在支架盤7上還設(shè)有激光二極管17的接線柱12。
激光筒11的電路工作原理是,在一個直流電路中,并聯(lián)有三支激光筒11,激光筒11與電路之間、設(shè)有一個三聯(lián)開關(guān)。在本實例中,由接線柱12代替了三聯(lián)開關(guān)的作用。
如圖9、
圖10和
圖11,所述的分度盤8的圓周上標有角度標記,分度盤8可沿NN'向彎折,沿MM'向略偏離中心處挖有狹縫14,狹縫14中可插入平面鏡,分度盤8的上邊沿向后彎折成掛鉤16,掛鉤16掛于掛桿9上。
在分度盤8上部還固定有一與掛鉤16平行的推拉桿15,推拉桿15穿過箱體1右側(cè)上部的小孔后伸出箱體1外。
在箱體1的底板上還可放置一個如
圖16所示的支架座26,
圖12所示柱面凹凸面鏡22可插入支架座26中。支架座26上還可裝上
圖15所示支架25后,再將
圖13或
圖14所示組合棱鏡置于支架25的叉口上。
這種多功能幾何光學(xué)演示箱可演示下列光學(xué)實驗1、演示光的反射及驗證光的反射定律在分度盤8的平面鏡插孔14中插入平面鏡,將分度盤8掛在分度盤掛桿9上,推拉桿15從箱左壁小孔穿出;向箱內(nèi)噴入適量煙霧,蓋好箱蓋2。將光源盤7裝在光束入射窗3上,接通一支激光筒電源,調(diào)節(jié)鎖緊螺母13,使激光筒發(fā)出的紅色激光束以一定角度沿分度盤8射到平面鏡上,調(diào)節(jié)推拉桿15,使NN'為法線,便可觀察反射光和入射光的光路。將分度盤8的右半邊從掛桿9上取下,將右邊向前彎折,反射光被擋?。辉傧蚝髲澱?,反射光又出現(xiàn)但并不在右半邊的平面上。于是得出反射光、入射光、法線三線共面的結(jié)論;將分度盤右邊掛回掛桿恢復(fù)成同一平面,便可讀出反射角、入射角,得出反射角等于入射角的結(jié)論。
2、研究光的折射定律裝置同上,從平面鏡插孔14上取下平面鏡,向箱內(nèi)注水至分度盤MM'處。在水中放入適量熒光粉或其他懸浮微粒,水面上噴少許煙霧。讓一支激光筒發(fā)出一束激光從窗口3沿分度盤8斜射向水面,在水面同時發(fā)生反射和折射。此時可見清晰的反射、折射光路。移動分度盤8使NN'為法線,可讀出折射角、反射角、入射角;再彎折分度盤8右半邊進行觀察??傻贸龉鈴目諝庵猩淙胨械恼凵湟?guī)律。由n=sini/sinr還可粗略算出水的相對折射率。
將光源盤7從窗口3取下,裝在窗口4上,讓一束光從水中射向水面,可研究光從水中射入空氣中時的折射規(guī)律。
讓三只激光筒同時發(fā)光,調(diào)節(jié)光束方向,一束光垂直于水面射向空氣中,一束入射角小于48.7°(48.7°為水的臨界角),一束入射角大于48.7°,如
圖17。則同時觀察到垂直界面入射、全反射的情形,并跟一般折射進行對比。
3、演示球面鏡對光的作用打開排水閥,排盡箱內(nèi)的水。將柱面凹凸鏡22固定在支架座26上,放入箱內(nèi),調(diào)整高度使其中心與窗口5的中心同高,在箱內(nèi)噴入適量煙霧,蓋好箱蓋將光源盤7安裝在窗口5上,調(diào)節(jié)兩只激光筒位置和方向,讓兩束激光平行地射到凹面或凸面鏡上,可觀察到完整的光路,看見球面鏡對光的作用。
4、研究透鏡對光的作用裝置同3,將球面鏡換成透鏡,調(diào)節(jié)其高度和位置,讓兩束激光平行地射向透鏡,可觀察到透鏡對平行光的作用。讓三只激光筒同時發(fā)光,調(diào)節(jié)三束光的方向和透鏡的位置,讓一束光平行于主軸,一束過焦點、一束過光心(沿主軸)射入透鏡。如
圖18,便可同時觀察到透鏡的三條特殊光路,這對學(xué)生掌握透鏡成像的光路圖有很大作用。
5、研究棱鏡對光的折射裝置同4,拿去透鏡將棱鏡放在支架25上固定在支架座26上放入箱中適當?shù)奈恢?。讓一束光從右方射入,可見光向棱鏡底邊偏折。將組合棱鏡23或24放在支架25上代替單個棱鏡,讓兩束平行光射向組合棱鏡,觀察它對平行光的作用,可解釋凸透鏡對光的會聚作用和凹透鏡對光的發(fā)散作用。
6、利用兩凸透鏡配合,還可演示顯微鏡、望遠鏡的光路。
權(quán)利要求1.一種多功能幾何光學(xué)演示器,涉及光路顯示箱,光源,其特征在于A、所述光路顯示箱為一個帶可開啟的上蓋(2)的箱體(1),箱體(1)周邊與箱底密封,在箱底、箱體(1)的一側(cè)及上蓋(2)上各開有一個光束入射窗(3、4、5),其中光束入射窗(4、5)的窗口裝有玻璃,且玻璃四周與其周邊密封,光束入射窗(3、4、5)的周邊上設(shè)有光源座(6),在箱體(1)內(nèi)的上部的左右箱壁上固定有一水平掛桿(9),箱體(1)正面的箱壁為一透明材料板;B、光源置于光源座(6)上;C、箱體(1)內(nèi)的適當位置處裝有光學(xué)元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能幾何光學(xué)演示器,其特征在于所述光源涉及激光筒(11),激光筒(11)的支架盤(7)及鎖緊螺母(13),其中支架盤(7)上掏滑道,鎖緊螺母(13)置于滑道中,另一端卡住激光筒(11),在支架盤(7)的一邊還設(shè)有與光源座(6)配合的卡件(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能幾何光學(xué)演示器,其特征在于所述激光筒(11)為3支,相應(yīng)地鎖緊螺母亦有3個。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能幾何光學(xué)演示器,其特征在于所述光源座(6)為固定于光束入射窗(3、4、5)兩邊并與光束入射窗(3、4、5)構(gòu)成一定間隙的卡板,支架盤(7)的一邊寬于支架盤(7),且該邊與支架盤(7)成直角并構(gòu)成卡件(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述多功能幾何光學(xué)演示器,其特征在于掛桿(9)上掛有分度盤(8)。分度盤(8)的圓周上標有角度標記,分度盤(8)可沿NN'向彎折,沿MM'向略偏離中心處挖有狹縫(14),狹縫(14)中插有平面鏡,分度盤(8)的上邊沿向后彎折成掛鉤(16),掛鉤(16)掛于掛桿(9)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能幾何光學(xué)演示器,其特征在于分度盤(8)上還固定有一與掛鉤平行的推拉桿(15),在箱體(1)的相應(yīng)位置還穿有一孔,推拉桿(15)穿過該孔后伸出箱體(1)外。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能幾何光學(xué)演示器,其特征在于在箱體(1)的底板上還裝有支架座(26),支架座(26)上置有柱面凹凸面鏡(22)或組合棱鏡(23、24)。
專利摘要本實用新型涉及一種多功能幾何光學(xué)演示器,其主要技術(shù)特征是在一個光路顯示箱上置有激光光源,在箱體內(nèi)置有可演示多種光學(xué)實驗的光學(xué)元件及其裝置,所述箱體四周與箱底密封,上蓋可開啟,在上蓋、箱底及箱體右側(cè)壁上開有光束入射窗,窗口上裝有玻璃,窗口外側(cè)設(shè)有光源座,箱體正面裝有可觀察箱體內(nèi)光路的玻璃。
文檔編號G09B23/00GK2447879SQ00244699
公開日2001年9月12日 申請日期2000年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月17日
發(fā)明者唐步明 申請人:唐步明