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(shí)驗(yàn)多，做好演示實(shí)驗(yàn)對(duì)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(shí)驗(yàn)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(huì)聚成的平行光這種光源的缺點(diǎn)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(huì)聚成平行光，再經(jīng)棱鏡分解成紅、綠、藍(lán)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(shí)驗(yàn)時(shí)，由于三種色光折射率不一樣，透鏡對(duì)它們會(huì)聚和發(fā)散程度不一致，反而不便講解焦點(diǎn)；另外，這種光源也不能同時(shí)演示透鏡對(duì)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(diǎn)的光線的光路)。
現(xiàn)有儀器顯示光路的方法利用光屏對(duì)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(shí)驗(yàn)，給教學(xué)帶來(lái)不便；②光路只能在平面上顯示，無(wú)立體感。
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)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(duì)光的作用，透鏡對(duì)光的作用，粗略測(cè)定液體的折射率、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡的成像光路等初高中幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)的多功能幾何光學(xué)演示器。
本實(shí)用新型具體是這樣實(shí)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(gè)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(gè)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(dāng)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(gè)，以較好地演示平行光等實(shí)驗(yàn)。
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(biāo)有角度標(biāo)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(shí)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(diǎn)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(xì)，平行度好，可看成近似的光線。用三節(jié)五號(hào)電池作電源，使用方便，壽命長(zhǎng)。
2、用三只激光筒安裝在光源盤上，三束光可獨(dú)立調(diào)控，既可演示平行光束入射，也可模擬點(diǎn)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(duì)光的作用。透鏡對(duì)光的作用的研究；粗略測(cè)定水的折射率，望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡的成像光路等初、高幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)。


圖1是本實(shí)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(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)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(gè)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(gè)矩形光束入射窗3、4和5，每個(gè)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(gè)支架盤7上掏有滑道，滑道上置有3個(gè)可沿滑道移動(dòng)的鎖緊螺母13，每個(gè)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(dòng)，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(gè)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(gè)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(gè)三聯(lián)開關(guān)。在本實(shí)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(biāo)有角度標(biāo)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(gè)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(shí)驗(yàn)1、演示光的反射及驗(yàn)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(shí)發(fā)生反射和折射。此時(shí)可見清晰的反射、折射光路。移動(dòng)分度盤8使NN＇為法線，可讀出折射角、反射角、入射角；再?gòu)澱鄯侄缺P8右半邊進(jìn)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(duì)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(shí)的折射規(guī)律。
讓三只激光筒同時(shí)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(shí)觀察到垂直界面入射、全反射的情形，并跟一般折射進(jìn)行對(duì)比。
3、演示球面鏡對(duì)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(duì)光的作用。
4、研究透鏡對(duì)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(duì)平行光的作用。讓三只激光筒同時(shí)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(diǎn)、一束過光心(沿主軸)射入透鏡。如
圖18，便可同時(shí)觀察到透鏡的三條特殊光路，這對(duì)學(xué)生掌握透鏡成像的光路圖有很大作用。
5、研究棱鏡對(duì)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(dāng)?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(gè)棱鏡，讓兩束平行光射向組合棱鏡，觀察它對(duì)平行光的作用，可解釋凸透鏡對(duì)光的會(huì)聚作用和凹透鏡對(duì)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(yuǎn)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(gè)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(gè)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(dāng)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(gè)。
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(biāo)有角度標(biāo)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(shí)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(hào)G09B23/00GK2447879SQ00244699
公開日2001年9月12日 申請(qǐng)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(qǐng)人:唐步明