一種光的折射現(xiàn)象演示教具的制作方法
【專利摘要】一種光的折射現(xiàn)象演示教具，涉及一種光學(xué)教具，提供一種光的折射現(xiàn)象的演示教具，解決現(xiàn)有教具演示光的折射現(xiàn)象操作繁瑣、教具攜帶不方便的問(wèn)題。通過(guò)第一激光筆向折射體發(fā)射入射光線，通過(guò)位于箱體上部的第一角度尺和位于箱體前壁上的第二角度尺讀取入射角和出射角的值，操作方便，度數(shù)準(zhǔn)確；通過(guò)擺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)使得第一激光筆發(fā)射的光線始終指向入射點(diǎn)，可觀察不同入射角時(shí)的折射現(xiàn)象，并便于研究光的折射定律關(guān)于入射角與出射角正弦的比值為常數(shù)的現(xiàn)象；通過(guò)設(shè)置在折射體下部的第二激光筆向入射點(diǎn)發(fā)射光線并與第一激光筆發(fā)射的光線進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)光的折射現(xiàn)象的可逆性，現(xiàn)象直觀便于理解。
【專利說(shuō)明】一種光的折射現(xiàn)象演不教具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種物理教學(xué)演示教具，具體地說(shuō)是一種用于光的折射現(xiàn)象教學(xué)的教具。
【背景技術(shù)】
[0002]光的折射現(xiàn)象是指光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生改變，從而使光線從不同介質(zhì)的的交界處發(fā)生偏折。由于光在兩種不同的介質(zhì)里傳播速度不同，故在兩種介質(zhì)的交界處，傳播方向發(fā)生變化。光的折射定律:折射光線與反射光線分居發(fā)現(xiàn)兩側(cè)；折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)；當(dāng)光線從空氣斜射入其它介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角；當(dāng)光線從其它介質(zhì)斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角，且入射角與折射角的正弦比為一常數(shù)。光從空氣垂直射入水中或其它介質(zhì)時(shí)，傳播方向不變。中國(guó)專利2013203507201公布的用于初中物理教學(xué)的光學(xué)折射演示裝置，通過(guò)激光光源向折射水槽發(fā)射激光光束，并在演示屏上進(jìn)行顯示。中國(guó)專利2012205740278公布的移動(dòng)式激光光反射折射透鏡成像演示組合裝置，提供了可進(jìn)行多項(xiàng)光學(xué)現(xiàn)象演示的裝置。中國(guó)專利2013201334513公布的基于單位圓法光的折射定律探究?jī)x，通過(guò)沿周向運(yùn)動(dòng)并始終指向圓心的激光筆向兩種介質(zhì)交界面發(fā)射與法線夾角不同的光束，通過(guò)直尺測(cè)量的長(zhǎng)度比值轉(zhuǎn)換為入射角與折射角的正弦比值。上述專利提供的裝置，在用于教育教學(xué)時(shí)攜帶不方便，且在用于光的折射現(xiàn)象光路可逆演示時(shí)，演示不方便。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種光的折射現(xiàn)象的演示教具，用于幫助學(xué)生理解光的折射現(xiàn)象，并解決現(xiàn)有教具演示光的折射現(xiàn)象操作繁瑣、教具攜帶不方便的問(wèn)題。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:一種光的折射現(xiàn)象演示教具，包括箱體、激光筆和折射體，其特征在于，方形的所述折射體埋于箱體的中部且折射體的上表面與箱體的上表面平齊，在位于折射體兩側(cè)的箱體上表面向上延伸一對(duì)左右對(duì)稱布置的突起，一半圓環(huán)形的第一角度尺的兩端與所述突起插接配合且所述第一角度尺的圓心位于折射體對(duì)稱面上；
[0005]在所述箱體的后壁上設(shè)有一可轉(zhuǎn)動(dòng)的擺桿，在所述擺桿的自由端固定一始終朝向交界面與折射體對(duì)稱面交線發(fā)射光線的第一激光筆；在所述箱體的透明前壁上設(shè)有一半圓環(huán)形的第二角度尺，且所述第二角度尺的圓心位于所述交線上；在所述折射體的下部設(shè)有一始終朝向第一激光筆延長(zhǎng)線與交界面交點(diǎn)的第二激光筆；
[0006]在所述箱體的下部和后壁上分別設(shè)有便于放置擺桿和第一角度尺的凹槽。
[0007]進(jìn)一步地，在所述箱體的左右兩側(cè)壁上分別設(shè)有可折疊的并能為演示折射現(xiàn)象提供黑色背景的暗板，且所述暗板與箱體的上表面圍成一個(gè)前端敞口的槽形。
[0008]進(jìn)一步地，所述第一激光筆和第二激光筆可發(fā)射不同顏色的光線。
[0009]進(jìn)一步地，在所述擺桿的自由端固定有便于讀取第一角度尺上角度值的指針。[0010]進(jìn)一步地，在所述箱體的上部設(shè)有便于計(jì)算入射角和出射角正弦值的計(jì)算器。
[0011]進(jìn)一步地，在所述箱體的后壁上設(shè)有一固定軸，在所述擺桿上設(shè)有與所述固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)配合的軸孔，并在所述固定軸與軸孔之間設(shè)有防止擺桿自由轉(zhuǎn)動(dòng)的阻尼件。
[0012]進(jìn)一步地，所述折射體為玻璃磚。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型提供的光的折射現(xiàn)象的演示教具，通過(guò)第一激光筆向折射體發(fā)射入射光線，經(jīng)折射體折射后發(fā)出出射光線，通過(guò)位于箱體上部的第一角度尺和位于箱體前壁上的第二角度尺讀取入射角和出射角的值，操作方便，度數(shù)準(zhǔn)確；通過(guò)擺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)使得第一激光筆發(fā)射的光線始終指向入射點(diǎn)，可觀察不同入射角時(shí)的折射現(xiàn)象，并便于研究光的折射定律關(guān)于入射角與出射角正弦的比值為常數(shù)的現(xiàn)象；通過(guò)設(shè)置在折射體下部的第二激光筆向入射點(diǎn)發(fā)射光線并與第一激光筆發(fā)射的光線進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)光的折射現(xiàn)象的可逆性，現(xiàn)象直觀便于理解；通過(guò)可折疊的暗板為光的折射現(xiàn)象提供黑色背景，便于觀察；演示完成后，可將擺桿和第一角度尺取下并放在箱體上對(duì)應(yīng)的凹槽中，便于存放并避免灰塵的污染。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的正面示意圖；
[0015]圖2為圖1的俯視圖；
[0016]圖3為工作狀態(tài)的暗板與箱體關(guān)系示意圖；
[0017]圖4為折疊狀態(tài)的暗板與箱體關(guān)系示意圖；
[0018]圖5為擺桿結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6為箱體后壁示意圖；
[0020]圖中:1箱體，11第一凹槽，12突起，13第二凹槽，14固定軸，15第三凹槽，2玻璃磚，31第一角度尺，32第二角度尺，4擺桿，41指針，42安裝部，421軸孔，43固定部，51第一激光筆，52第二激光筆，61第一暗板，62第二暗板，7計(jì)算器，81法線，82入射光線，83出射光線，9入射點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1至圖4所示，本實(shí)用新型包括箱體1、玻璃磚2、第一角度尺31、第二角度尺32、擺桿4、指針41、第一激光筆51、第二激光筆52、第一暗板61、第二暗板62和計(jì)算器7。本實(shí)用新型的演示教具，具有演示狀態(tài)和折疊狀態(tài)，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的工作狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0022]如圖1所示，箱體I整體為長(zhǎng)方體形的塑料件，箱體的前壁為方形的透明塑料件或玻璃件，以便于觀察箱體內(nèi)的光學(xué)現(xiàn)象。在箱體的上表面設(shè)有一方形的盲孔，在盲孔中放置與盲孔相適應(yīng)的玻璃磚2，且玻璃磚的上表面與箱體的上表面平齊。在玻璃磚左右兩側(cè)的箱體上表面向上延伸兩相對(duì)設(shè)置的突起12，突起12為方形的塑料件。在兩突起12上插接安裝有第一角度尺31，第一角度尺31為半圓環(huán)形的透明塑料件，在第一角度尺的半圓周上設(shè)有用于表示角度大小的刻度。第一角度尺插接在突起12上后，第一角度尺的圓心正好位于箱體的上表面上。在箱體的前臂中設(shè)有第二角度尺32，第二角度尺為半圓形的透明塑料件，且第二角度尺的圓心與第一角度尺的圓心連線分別垂直于兩角度尺所在的平面。[0023]在箱體后壁上設(shè)有一固定軸14，固定軸的中線經(jīng)過(guò)角度尺的幾何圓心。一擺桿4可轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝在固定軸上，如圖5所示，擺桿4的一端為L(zhǎng)形的安裝部42，擺桿通過(guò)安裝部42中的軸孔421安裝在固定軸上并能饒固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。為防止擺桿在重力作用下自行轉(zhuǎn)動(dòng)，在軸孔與固定軸的配合處設(shè)有一阻尼件。擺桿4的另一端為倒U形的固定部43，固定部43與安裝部通過(guò)一直桿連接在一起，且該直桿的延長(zhǎng)線經(jīng)過(guò)兩角度尺的圓心。在固定部的非安裝端固定安裝一第一激光筆51。安裝部的設(shè)置是為了使擺桿可轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝在固定軸上，固定部的設(shè)置是為了便于固定激光筆并避開(kāi)第一角度尺，中間的直桿的設(shè)置是為了確保激光筆的延伸線經(jīng)過(guò)兩角度的圓心的連線，擺桿的結(jié)構(gòu)形式不限于上述描述。第一激光筆51的長(zhǎng)度方向始終指向兩角度尺圓心連線，以確保在擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中第一激光筆發(fā)射的光束始終經(jīng)第一角度尺與第二角度尺圓心的連線進(jìn)入玻璃磚中。如圖1所示，繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)擺桿并使得擺桿處于某一位置，此時(shí)，擺桿與法線81之間的夾角為入射角α，按下第一激光筆的開(kāi)關(guān)使得第一激光筆照射出入射光線82，入射光線82與兩角度尺圓心連線相交于一點(diǎn)后進(jìn)入玻璃磚中，該點(diǎn)為光的入射點(diǎn)9 ;光線在玻璃磚中發(fā)生偏折后成為出射光線83，出射光線83與法線81之間的夾角為出射角β。由圖中可以看出，入射角α大于出射角^Jfsina與sinP的比值記作η,并計(jì)算此時(shí)的η值。轉(zhuǎn)動(dòng)擺桿4,使得擺桿處于不同的位置以使得入射角a取不同的值，此時(shí)通過(guò)第二角度尺讀取出射角a值，并將得到的一系列入射角與出射角的正弦作比值，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)入射角a的值大于0°、小于90°時(shí)，無(wú)論入射角a取得何值，sina與sini3的比值為常數(shù)；因此，光的折射現(xiàn)象中，入射角與出射角的正弦比為常數(shù)。當(dāng)入射角a等于0°時(shí)，即入射光線82垂直于玻璃磚的上表面時(shí)，出射光線83與入射光線82重合；因此當(dāng)入射光線與法線重合時(shí)，不存在折射現(xiàn)象。
[0024]為探究光的折射現(xiàn)象光路是可逆的，在玻璃磚的下部設(shè)有一帶有外螺紋的盲孔，在該盲孔中通過(guò)螺紋連接一第二激光筆52，第二激光筆52可發(fā)射與第一激光筆發(fā)射光束顏色不同的光束，第二激光筆發(fā)射的光束經(jīng)過(guò)入射點(diǎn)9，且保證第一激光筆發(fā)射的光線經(jīng)折射后的出射光線與第二激光筆重合。第一激光筆51發(fā)射出入射光線82，經(jīng)入射點(diǎn)9后折射出出射光線83 ;第二激光筆52發(fā)射出入射光線82'，經(jīng)入射點(diǎn)9后折射出出射光線83'；由于第二激光筆與出射光線83重合，即入射光線82'與出射光線83是重合的，此時(shí)發(fā)現(xiàn)，出射光線83'與入射光線82重合。因此，在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。且光從其它介質(zhì)(如玻璃)進(jìn)入空氣中時(shí),入射角小于折射角。
[0025]為便于折射現(xiàn)象的觀察，在箱體的左右側(cè)面上分別設(shè)有第二凹槽13，在兩第二凹槽13中分別折疊有第一暗板61和第二暗板62，兩暗板均為表面涂黑的方形紙板。將第一暗板61和第二暗板62從第二凹槽中拉出使其處于圖3所示的狀態(tài)。兩暗板與箱體上表面之間形成一個(gè)一面敞口的方形，通過(guò)敞口處觀察折射現(xiàn)象，且暗板上的黑色背景可以使人清楚的觀察折射現(xiàn)象。
[0026]下面對(duì)本實(shí)用新型的折疊狀態(tài)及其結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行描述。將第一暗板和第二暗板折疊并分別放回至第二凹槽中，將第一角度尺從突起上取下，然后放入位于箱體后壁上半圓環(huán)形的第三凹槽15中。將擺桿及其第一激光筆從箱體后壁上取下并放入位于箱體前臂上的第一凹槽11中，第一凹槽與擺桿形狀相同，且第一凹槽可以容下擺桿及第一激光筆。此時(shí)，第一激光筆、第一暗板、第二暗板、第一角度尺和擺桿均折疊在箱體中，以便于保存并避免灰塵的污染。為便于計(jì)算入射角和折射角的正弦值，在箱體的上部設(shè)有埋設(shè)于箱體上表 面上的計(jì)算器7。
【權(quán)利要求】
1.一種光的折射現(xiàn)象演示教具，包括箱體、激光筆和折射體，其特征在于，方形的所述折射體埋于箱體的中部且折射體的上表面與箱體的上表面平齊，在位于折射體兩側(cè)的箱體上表面向上延伸一對(duì)左右對(duì)稱布置的突起，一半圓環(huán)形的第一角度尺的兩端與所述突起插接配合且所述第一角度尺的圓心位于折射體對(duì)稱面上； 在所述箱體的后壁上設(shè)有一可轉(zhuǎn)動(dòng)的擺桿，在所述擺桿的自由端固定一始終朝向交界面與折射體對(duì)稱面交線發(fā)射光線的第一激光筆；在所述箱體的透明前壁上設(shè)有一半圓環(huán)形的第二角度尺，且所述第二角度尺的圓心位于所述交線上；在所述折射體的下部設(shè)有一始終朝向第一激光筆延長(zhǎng)線與交界面交點(diǎn)的第二激光筆； 在所述箱體的下部和后壁上分別設(shè)有便于放置擺桿和第一角度尺的凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光的折射現(xiàn)象演示教具，其特征是，在所述箱體的左右兩側(cè)壁上分別設(shè)有可折疊的并能為演示折射現(xiàn)象提供黑色背景的暗板，且所述暗板與箱體的上表面圍成一個(gè)前端敞口的槽形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光的折射現(xiàn)象演示教具，其特征是，所述第一激光筆和第二激光筆可發(fā)射不同顏色的光線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光的折射現(xiàn)象演示教具，其特征是，在所述擺桿的自由端固定有便于讀取第一角度尺上角度值的指針。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光的折射現(xiàn)象演示教具，其特征是，在所述箱體的上部設(shè)有便于計(jì)算入射角和出射角正弦值的計(jì)算器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光的折射現(xiàn)象演示教具，其特征是，在所述箱體的后壁上設(shè)有一固定軸，在所述擺桿上設(shè)有與所述固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)配合的軸孔，并在所述固定軸與軸孔之間設(shè)有防止擺桿自由轉(zhuǎn)動(dòng)的阻尼件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光的折射現(xiàn)象演示教具，其特征是，所述折射體為玻璃磚。
【文檔編號(hào)】G09B23/22GK203673732SQ201420026161
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】翟龍濤 申請(qǐng)人:翟龍濤