凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型關(guān)于一種光學(xué)實(shí)驗(yàn)演示裝置，尤其涉及一種凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)是中學(xué)教材中重要物理實(shí)驗(yàn)，在課堂中順利探究該實(shí)驗(yàn)顯得非常重要。凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^(guò)借助特定的教學(xué)設(shè)備引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知凸透鏡的成像規(guī)律。完成凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)所需的教學(xué)設(shè)備主要包括基座、凸透鏡、光源和光屏等部件。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在凸透鏡的兩側(cè)分別放置光源和光屏，通過(guò)移動(dòng)光源或光屏相對(duì)于凸透鏡的距離，使得光源在光屏上成清晰的像。
[0003]但是，在實(shí)驗(yàn)中會(huì)存在以下問(wèn)題:為了尋找在光屏上清晰的像，不知道如何移動(dòng)光屏，存在一定的盲目性，花費(fèi)較多探究時(shí)間，同時(shí)在尋找物距與像距之間的關(guān)系用去較多探究時(shí)間，若能設(shè)計(jì)一個(gè)能直接顯示物距、像距的大小并正確表明兩者之間關(guān)系的儀器，就可節(jié)約實(shí)驗(yàn)探究時(shí)間。
[0004]另外，如何判斷在光屏上像的清晰度，也存在一定盲目性。目前在教學(xué)中，所用光源通常為蠟燭，但以蠟燭為光源存在較多的缺陷。例如蠟燭燭焰裸露在空氣中，易受氣流影響而晃動(dòng)，光源穩(wěn)定性差，導(dǎo)致?tīng)T焰和燭焰的像的高度不便于測(cè)量；隨著蠟燭的燃燒，蠟燭的高度在減小，燭焰的像隨之往上移動(dòng)，成像高度測(cè)量不穩(wěn)定；使用蠟燭作為光源時(shí)，最清晰的像的位置不易確定。還例如，使用蠟燭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具有一定的不安全性；蠟燭燃燒產(chǎn)生的氣體和冒出的黑煙，讓實(shí)驗(yàn)者感覺(jué)不舒服；滴下來(lái)的蠟不便于清理，易污染放置光源。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]因此，本實(shí)用新型的目的之一在于提供一種凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示裝置及演示方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中成像清晰度不易判斷、光源亮度不穩(wěn)定、像的上、下或左、右不易識(shí)別以及尋找物距與像距之間的關(guān)系花費(fèi)過(guò)多時(shí)間等問(wèn)題。
[0006]為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型提供一種凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示裝置，該凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示裝置包括:光具座；LED光源板，設(shè)置于該光具座上，該LED光源板上固定有由復(fù)數(shù)個(gè)LED所組成的光源體，該光源體具有能區(qū)分上、下、左、右的形狀或顏色或形狀及顏色；光屏，設(shè)置于該光具座上；凸透鏡，設(shè)置于該光具座上，且該凸透鏡位于該光屏與該LED光源板之間，該凸透鏡、該光屏以及該LED光源板的水平中心線(xiàn)在同一條直線(xiàn)上；紅外線(xiàn)傳感器，設(shè)置于該凸透鏡處，該紅外線(xiàn)傳感器用以測(cè)量該凸透鏡與該LED光源板之間的距離以及該凸透鏡與該光屏之間的距離；以及數(shù)據(jù)處理器，耦接于該紅外線(xiàn)傳感器，接收該紅外線(xiàn)傳感器的測(cè)量結(jié)果并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以獲取該凸透鏡的焦距，并實(shí)時(shí)顯示該凸透鏡與該LED光源板之間的距離、該凸透鏡與該光屏之間的距離以及該焦距之間的關(guān)系。
[0007]作為可選的技術(shù)方案，該光源體為“6”字形光源，且該“6”字形光源的閉合部分與非閉合部分的顏色相異。
[0008]作為可選的技術(shù)方案，該光具座上設(shè)有軌道，該軌道上設(shè)置有沿該軌道滑動(dòng)的光屏支座、凸透鏡支座和光源支座，該光屏支座與該光屏相聯(lián)接，該凸透鏡支座與該凸透鏡相聯(lián)接，該光源支座與該LED光源板相聯(lián)接。
[0009]作為可選的技術(shù)方案，該數(shù)據(jù)處理器上具有顯示屏幕；或者該數(shù)據(jù)處理器與該顯示屏幕耦接，該顯示屏幕用以顯示該焦距以及顯示該凸透鏡與該LED光源板之間的距離、該凸透鏡與該光屏之間的距離以及該焦距之間的關(guān)系。
[0010]作為可選的技術(shù)方案，該紅外線(xiàn)傳感器固定于該凸透鏡上或固定于安裝該凸透鏡的凸透鏡支座上。
[0011]本實(shí)用新型還提供一種凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示方法，該演示方法包括:步驟SI，提供如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示裝置；步驟S2，調(diào)整該LED光源板使其位于該光具座的第一位置，開(kāi)啟該LED光源板上的光源體，移動(dòng)該光屏至該光屏上出現(xiàn)清晰的像，該紅外線(xiàn)傳感器測(cè)量獲取該凸透鏡與該LED光源板之間的第一距離以及該凸透鏡與該光屏之間的第二距離，該數(shù)據(jù)處理器接收該第一距離以及該第二距離以獲取該凸透鏡的該第一焦距；以及步驟S3，移動(dòng)該LED光源板使其位于該光具座的第二位置，并移動(dòng)該光屏，調(diào)整該凸透鏡與該LED光源板之間的距離以及該凸透鏡與該光屏之間的距離，該數(shù)據(jù)處理器接收該紅外線(xiàn)傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量的該凸透鏡與該LED光源板之間的距離以及該凸透鏡與該光屏之間的距離，并實(shí)時(shí)顯示該凸透鏡與該LED光源板之間的距離、該凸透鏡與該光屏之間的距離以及該第一焦距之間的關(guān)系。
[0012]作為可選的技術(shù)方案，該演示方法還包括:于該步驟S3中移動(dòng)該光屏至該光屏上出現(xiàn)清晰的像，該紅外線(xiàn)傳感器測(cè)量獲取該凸透鏡與該LED光源板之間具有第三距離以及該凸透鏡與該光屏之間具有第四距離，該數(shù)據(jù)處理器接收該第三距離以及該第四距離以獲取該凸透鏡的該第二焦距；以及比較并判斷該第一焦距是否等于第二焦距，若是，則表示該步驟S2和該步驟S3中該光屏上出現(xiàn)的清晰的像確為清晰的像；若否，則表示該步驟S2和該步驟S3中該光屏上出現(xiàn)的清晰的像的至少其中之一為不清晰的像。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的通過(guò)發(fā)光二極管作為光源，相比蠟燭的火焰更為穩(wěn)定、明亮、無(wú)污染，使凸透鏡成在光屏上的像更為清晰穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)度大。而且光源體的結(jié)構(gòu)所成像的倒立、正立通過(guò)顏色的區(qū)別更為明顯、直觀，更能幫助學(xué)生理解凸透鏡所呈的實(shí)像是“倒立”的。而且發(fā)光二極管不會(huì)因?yàn)榘l(fā)光變短導(dǎo)致光源位置偏離，因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只需要一次調(diào)整光源板、凸透鏡和光屏三者中心在同一個(gè)高度，節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)效率。另外，本實(shí)用新型引入了紅外線(xiàn)傳感器測(cè)量距離，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)定物距、像距和焦距大小的功能；并根據(jù)凸透鏡焦距為一定值的特點(diǎn)，物距像距關(guān)系明確從而減少實(shí)驗(yàn)的盲目性，為同學(xué)們能快速尋找出凸透鏡成像規(guī)律，提高了課堂教學(xué)效率。
[0014]關(guān)于本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與精神可以藉由以下的實(shí)用新型詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1所示為根據(jù)本實(shí)用新型的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示裝置的立體示意圖；
[0016]圖2所示為根據(jù)本實(shí)用新型的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示裝置的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3所示為根據(jù)本實(shí)用新型的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示裝置的LED光源板的示意圖；
[0018]圖4所示為根據(jù)本實(shí)用新型的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]請(qǐng)參見(jiàn)圖1和圖2，圖1所示為根據(jù)本實(shí)用新型的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示裝置的立體示意圖，圖2所示為根據(jù)本實(shí)用新型的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示裝置的部分結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)用新型提供一種凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示裝置，包括:光具座1、LED光源板2、光屏3、凸透鏡4、紅外線(xiàn)傳感器5及數(shù)據(jù)處理器6，其中LED光源板2、光屏3以及凸透鏡4均設(shè)置于光具座I上。
[0020]LED光源板2上固定有由復(fù)數(shù)個(gè)LED所組成的光源體22，光源體22具有能區(qū)分上、下、左、右的形狀或顏色或形狀及顏色。請(qǐng)參見(jiàn)圖3，圖3所示為根據(jù)本實(shí)用新型的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)演示裝置的LED光源板的示意圖，其中本實(shí)施方式中，例如光源體22為“6”字形光源，且該“6”字形光源的閉合部分221與非閉合部分222的顏色相異。具體的例如閉合部分221為紅的LED光源，非閉合部分222為黃的LED光源。如此，上下兩種顏色“LED光源”能證明物像的上、下之間倒立關(guān)系，“6”字形缺口能用來(lái)說(shuō)明物像的左、右之間關(guān)系?！?”字形光源成實(shí)像時(shí)為“9”字，當(dāng)每一盞LED光源燈經(jīng)過(guò)凸透鏡4在光屏3上出現(xiàn)最小的亮點(diǎn)時(shí)，像為最清晰像。不過(guò)，光源體的具體形狀或顏色或形狀與顏色并不以上述為限。
[0021]凸透鏡4位于光屏3與LED光源板2之間，凸透鏡4、光屏3以及LED光源板2的水平中心線(xiàn)在同一條直線(xiàn)上，確保只在水平方向上移動(dòng)光屏3和LED光源板4即可獲得光源的像。
[0022]紅外線(xiàn)傳感器5設(shè)置于凸透鏡4處，紅外線(xiàn)傳感器5用以測(cè)量凸透鏡4與LED光源板2之間的距離以及凸透鏡4與光屏3之間的距離。其中，本實(shí)用新型由于采用紅外傳感器5來(lái)測(cè)量距離，所以不必須要設(shè)置標(biāo)尺，但并實(shí)用新型并不以此為限，另一實(shí)施方式中，也可以于光具座I上設(shè)置與軌道8平行的標(biāo)尺，便于使用者在調(diào)整凸透鏡4與LED光源板2之間的距離以及凸透鏡4與光屏3之間的距離時(shí)用作初步估計(jì)。
[0023]數(shù)據(jù)處理器6耦接于紅外線(xiàn)傳感器5，接收紅外線(xiàn)傳感器5的測(cè)量結(jié)果并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以獲取凸透鏡4的焦距，并實(shí)時(shí)顯示凸透鏡4與LED光源板2之間的距離、凸透鏡4與光屏3之間的距離以及凸透鏡的焦距之間的關(guān)系。其中，上述凸透鏡4與LED光源板2之間的距離即為物距，上述凸透鏡4與