手持式動態(tài)光波衍射演示儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種手持式動態(tài)光波衍射演示儀，該演示儀包括相互可旋轉(zhuǎn)套接的有機玻璃管A、有機玻璃管B，還包括電源盒、綠光激光器、紅光激光器、可調(diào)狹縫裝置、光柵位槽、測量標尺和總開關(guān)、紅光開關(guān)、綠光開關(guān)；在有機玻璃管A和有機玻璃管B套接處分別開有兩對孔，所述兩對孔為對稱設置，兩對孔的軸線與可調(diào)狹縫裝置的狹縫方向平行，所述孔內(nèi)插入儀器支架的兩端；在有機琉璃管B的一側(cè)設置有測量標尺，綠光激光器、紅光激光器的光束投射到所述測量標尺上。有益效果是該演示儀體積小巧，便于攜帶，直接用于課堂教學，在教室中可以選擇比較暗的區(qū)域作為背景進行演示，方便靈活。還可以定量測量，而且測量標尺可以很方便地用自帶的磁性直接貼在黑板上。
【專利說明】手持式動態(tài)光波衍射演示儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種教學儀器，特別是一種手持式動態(tài)光波衍射演示儀。
【背景技術(shù)】
[0002]光學是大學物理課程一個重要組成部分，光的衍射特性是光學部分的一個重要知識點，鑒于該特性不易被初步接觸的學生所理解，因此考慮通過現(xiàn)場直觀的課堂實驗演示，以促進學生理解掌握光的衍射特性，從而提升大學物理課程的教學效果。
[0003]目前，光學類的儀器很多，但是儀器的體積規(guī)模都很笨重和龐大，不方便攜帶，而且要求的實驗環(huán)境條件也比較高，如弱光條件等；同時，實驗室演示教學不能保證學生的實驗與理論課進度相同，從而達到理論與實踐的有機結(jié)合。就光波衍射而言，現(xiàn)有的小型手持實驗儀器(手持波動光學演示儀，專利號:ZL200820122697.X)不能同時顯示兩束不波長光波的衍射現(xiàn)象，不能動態(tài)測試單縫寬度連續(xù)變化時衍射條紋的變化規(guī)律，只能定性演示，不能定量測量和計算來驗證理論結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)上的不足，本發(fā)明的目的是提供一種手持式動態(tài)光波衍射演示儀，該教學儀器體積小，重量輕，不用外接電源，演示效果直觀、易操作，既可定性演示，又可定量測量，能夠滿足大學物理中波動光學的教學要求，有助于提高學生的理解力。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種手持式動態(tài)光波衍射演示儀，其中:該演示儀包括相互可旋轉(zhuǎn)套接的有機玻璃管A、有機玻璃管B，還包括電源盒、綠光激光器、紅光激光器、可調(diào)狹縫裝置、光柵位槽、測量標尺和總開關(guān)、紅光開關(guān)、綠光開關(guān);
[0006]將所述電源盒通過輸出導線與總開關(guān)連接，總開關(guān)分別通過綠光開關(guān)連接綠光激光器、通過紅光開關(guān)連接紅光激光器，電源盒、綠光激光器、紅光激光器通過螺絲固定在有機玻璃管A內(nèi)，總開關(guān)、紅光開關(guān)、綠光開關(guān)固定在有機玻璃管A的管壁上；在有機玻璃管B管壁上開兩個矩形孔，第一個矩形孔內(nèi)安裝可調(diào)狹縫裝置，第二個矩形孔為光柵位槽，在有機玻璃管A和有機玻璃管B套接處分別開有兩對孔，所述兩對孔為對稱設置，兩對孔的軸線與可調(diào)狹縫裝置的狹縫方向平行，所述孔內(nèi)插入儀器支架的兩端；在有機琉璃管B的一側(cè)設置有測量標尺，綠光激光器、紅光激光器的光束投射到所述測量標尺上。
[0007]本發(fā)明的效果是:
[0008](I)體積小巧，整體體積可控制在300 (長)X 60 (寬)X 100 (高)mm以內(nèi)，便于攜
帶，可以直接用于課堂演示教學，替代了傳統(tǒng)的只能在實驗室演示，解決了演示實驗與理論教學不能同步的問題。
[0009](2)采用手持式，在教室中可以選擇比較暗的區(qū)域作為背景進行演示，方便靈活。
[0010](3)采用縫寬可調(diào)的狹縫裝置作為主要衍射元件，能夠通過調(diào)節(jié)縫寬動態(tài)地演示和測量縫寬改變時衍射條紋的變化。[0011](4)用螺絲可以對狹縫裝置與激光器相對位置進行微調(diào)，來演示二者相對移動時衍射條紋的變化情況。
[0012](5)配備了測量標尺，除定性演示之外，還可以定量測量，而且測量標尺可以很方便地用自帶的磁性直接貼在黑板上。
[0013](6)可以使不同波長的紅、綠兩束光同時通過衍射屏，進行定量對比和測量。
[0014](7)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，投資少，便于推廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明演示儀的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2是本發(fā)明演示儀的框架圖；
[0017]圖3是本發(fā)明演示儀的激光器電源控制電路示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明演示儀的激光器固定調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0019]圖5是本發(fā)明演示儀的激光器固定調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)前視圖；
[0020]圖6是本發(fā)明演示儀的可調(diào)狹縫裝置和光柵位槽結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖7是本發(fā)明演示儀的支架安裝圖。
[0022]圖中:
[0023]1、有機玻璃管A 2、有機玻璃管B 3、電源盒4、綠光激光器
[0024]5、紅光激光器6、可調(diào)狹縫裝置7、光柵位槽
[0025]8、狹縫定位螺釘和彈簧9、縫寬調(diào)節(jié)螺桿10、總開關(guān)
[0026]11、綠光開關(guān)12、紅光開關(guān)13、螺絲
[0027]14、儀器支架15、光柵片16、測量標尺
[0028]17、有機玻璃管A和有機玻璃管B的軸線
【具體實施方式】
[0029]結(jié)合附圖對本發(fā)明的手持式動態(tài)光波衍射演示儀結(jié)構(gòu)加以說明。
[0030]本發(fā)明的手持式動態(tài)光波衍射演示儀結(jié)構(gòu)是，該演示儀包括相互可旋轉(zhuǎn)套接的有機玻璃管Al、有機玻璃管B2，還包括電源盒3、綠光激光器4、紅光激光器5、可調(diào)狹縫裝置
6、光柵位槽7、測量標尺16和總開關(guān)10、紅光開關(guān)11、綠光開關(guān)12。
[0031]將所述電源盒3通過輸出導線與總開關(guān)10連接，總開關(guān)10分別通過綠光開關(guān)11連接綠光激光器4、通過紅光開關(guān)12連接紅光激光器5，電源盒3、綠光激光器4、紅光激光器5通過螺絲13固定在有機玻璃管Al內(nèi)，通過調(diào)節(jié)螺絲13使兩激光器光束平行并且相互距尚盡量小，兩激光束中軸線與有機玻璃管A共軸?？傞_關(guān)10、紅光開關(guān)11、綠光開關(guān)12固定在有機玻璃管Al的管壁上，使操作者能方便控制總電源、每個激光器的開或關(guān)。
[0032]在有機玻璃管B2管壁上前后依次開兩個矩形孔，第一個矩形孔內(nèi)安裝可調(diào)狹縫裝置6，第二個矩形孔為光柵位槽7，可調(diào)狹縫裝置6平面與有機玻璃管B2軸線垂直，使縫寬調(diào)節(jié)螺桿9露在管外，在可調(diào)狹縫裝置6上與調(diào)節(jié)螺桿9對應的另一側(cè)開有一個螺絲孔，用狹縫定位螺絲和彈簧8控制可調(diào)狹縫裝置6整體與管壁的距離，使狹縫中心與有機玻璃管B2中心基本重合。所述可調(diào)狹縫裝置6通過旋轉(zhuǎn)縫寬調(diào)節(jié)螺桿9調(diào)節(jié)狹縫寬度，通過縫寬調(diào)節(jié)螺桿9上的刻度讀出狹縫寬度值。在保證有機玻璃管B2機械強度的情況下離第一個矩形孔盡量近地開第二個矩形孔，第二個矩形孔即光柵位槽7，矩形孔長和寬正好能放入一個光柵片15，放入光柵矩形后要保證光柵刻痕方向與狹縫的方向相同。
[0033]在有機玻璃管Al和有機玻璃管B2套接處分別開有兩對孔，所述兩對孔為對稱設置，兩對孔的軸線與可調(diào)狹縫裝置6的狹縫方向平行，有機玻璃管B2可繞套接處旋轉(zhuǎn)，用于調(diào)節(jié)狹縫和光柵的角度，使兩束激光能夠同時平行通過狹縫和光柵。所述孔內(nèi)插入儀器支架14的兩端用以支撐，又可固定兩個有機玻璃管不致脫離。在有機玻璃管B2的一側(cè)設置有測量標尺16，綠光激光器4、紅光激光器5的光束投射到所述測量標尺16上。所述支架14可繞管壁的孔旋轉(zhuǎn)，手持定性演示時支架收起，精確定量測量時放下支架可把儀器穩(wěn)定于桌子上。
[0034]所述綠光激光器4、紅光激光器5所投射光為兩條距離較近的平行光并與有機玻璃管Al和有機玻璃管B2的軸線平行。兩激光強度接近，可以通過綠光開關(guān)11、紅光開關(guān)12分別選擇發(fā)紅光，綠光，或同時發(fā)紅、綠光，可以同時對比和測量不同波長的光的衍射條紋之間關(guān)系。
[0035]所述可調(diào)狹縫裝置6的上端為帶有刻度的縫寬調(diào)節(jié)螺桿9，下端連接狹縫定位螺絲和彈簧8。既可調(diào)節(jié)和測量狹縫寬度，又可調(diào)節(jié)狹縫激光器的相對位置，可以動態(tài)演示縫寬或縫的位置改變時衍射條紋的變化。
[0036]所述光柵位槽7內(nèi)放置有觀察和測量光波衍射現(xiàn)象的光柵片和多縫板。
[0037]所述電源盒3內(nèi)裝有與綠光激光器4、紅光激光器5電壓相匹配的干電池組。
[0038]所述有機玻璃管A和有機玻璃管B均為透明材料，可直觀地觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)并進行調(diào)節(jié)，更適于演示教學。所述測量標尺16為磁性材料制作的。
[0039]所述總開關(guān)10、綠光開關(guān)11和紅光開關(guān)12構(gòu)成了總、分二級開關(guān)，避免誤操作一個開關(guān)就打開激光器現(xiàn)象的發(fā)生，提高了安全性。
[0040]本發(fā)明的手持式動態(tài)光波衍射演示儀功能是這樣實現(xiàn)的:
[0041]如圖1、2所示，本手持式動態(tài)光波衍射演示儀結(jié)構(gòu)包括有相互套接的機玻璃管A1、有機玻璃管B2，還包括電源盒3、綠光激光器4、紅光激光器5、可調(diào)狹縫裝置6、光柵位槽
7、測量標尺16和總開關(guān)10、綠光開關(guān)11、紅光開關(guān)12等。
[0042]將用干電池串聯(lián)組成的與激光器電壓相匹配的電源盒3通過輸出導線接入總開關(guān)10，再分別通過綠光開關(guān)11接到綠光激光器4、通過紅光開關(guān)12接到紅光激光器5，電源盒3、總開關(guān)10、綠光開關(guān)11、紅光開關(guān)12和綠光激光器4、紅光激光器5由后向前，以激光發(fā)射方向為前，用螺絲13固定在有機玻璃管Al內(nèi)，如圖1、3所示。通過調(diào)節(jié)綠光激光器4和紅光激光器5的螺絲13使兩激光器光束平行并且相互距離盡量小，兩激光束中軸線與有機玻璃管Al共軸,如圖4、5所不，圖4中點劃線為有機玻璃管Al和有機玻璃管B2的軸線，虛線為激光光束。開關(guān)控制按鈕露在有機玻璃管Al的側(cè)壁之外，使操作者能方便控制總電源、每個激光器的開或關(guān)。
[0043]有機玻璃管B2側(cè)壁由后向前依次開兩個矩形孔，后端預留與有機玻璃管Al套接的長度后開第一個孔，該孔恰好能插入可調(diào)狹縫裝置6，可調(diào)狹縫裝置平面與有機玻璃管軸線垂直，使縫寬調(diào)節(jié)螺桿9露在管外，在狹縫裝置上與螺桿對應的另一側(cè)開有一個螺絲孔，用狹縫定位螺釘和彈簧8控制狹縫裝置整體與管壁的距離，使狹縫中心與有機玻璃管中心基本重合；在保證有機玻璃管B2機械強度的情況下離第一個孔盡量近的位置開第二個孔即光柵位槽7，孔長和寬正好能放入一個光柵片，如圖6所示。放入光柵后要保證光柵刻痕方向與狹縫的方向相同，有機玻璃管B2可繞套接處旋轉(zhuǎn)，用于調(diào)節(jié)狹縫和光柵的的角度，使兩束激光能夠同時平行通過狹縫和光柵，如圖5所示，圖5中虛線為狹縫和光柵刻痕方向。在有機玻璃管Al和有機玻璃管B2雙管套接處，沿狹縫方向穿過兩層管壁對應開孔，孔內(nèi)既可安裝儀器支架14，又可固定兩個有機玻璃管不致脫離，有機玻璃管B2上的孔沿圓周方向稍長，使兩管可繞軸小角度旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)狹縫和光柵片方向，如圖7所示。該演示儀還包括用磁性橡膠薄片制作的測量標尺16，綠光激光器4、紅光激光器5的光束投射到所述測量標尺16上，測量標尺16標有明顯刻度可貼在黑板或其他適宜處上。
[0044]所述綠光激光器4、紅光激光器5所形成的光路為兩束相距較近的平行光，電源盒3為給二個激光器提供能量的相匹配的電池組。
[0045]所述可調(diào)狹縫裝置6的上端為帶有刻度的縫寬調(diào)節(jié)螺桿9，縫寬在O-2mm間可精連續(xù)調(diào)節(jié)的，并在調(diào)節(jié)螺桿9上讀出寬度值。可調(diào)狹縫裝置6下方連接狹縫定位螺釘和彈簧8，狹縫位置可在O-3mm范圍內(nèi)移動。
[0046]所述光柵位槽7內(nèi)放入光柵片15后即可演示和測量光柵衍射，還可以放入多縫板等不同類型的光學元件，用于演示其他光學規(guī)律。
[0047]本發(fā)明的手持式動態(tài)光波衍射演示儀基本原理是:根據(jù)大學物理教材中關(guān)于光波衍射原理加以實現(xiàn)。由于本儀器的綠色光激光器4、紅光激光器5發(fā)出的激光可視為平行光，可以認為光源和衍射器件的距離為無窮遠，且屏幕相對于衍射器件距離在相對尺度上可認為是無窮遠，因此本儀器的衍射屬于夫瑯禾費衍射。
[0048]當光照射在單縫上時，屏幕上衍射圖案的中央明紋線寬度為:
【權(quán)利要求】
1.一種手持式動態(tài)光波衍射演示儀，其特征是:該演示儀包括相互可旋轉(zhuǎn)套接的有機玻璃管A (I)、有機玻璃管B (2)，還包括電源盒(3)、綠光激光器(4)、紅光激光器(5)、可調(diào)狹縫裝置(6)、光柵位槽(7)、測量標尺(16)和總開關(guān)(10)、紅光開關(guān)(11)、綠光開關(guān)(12)； 將所述電源盒(3)通過輸出導線與總開關(guān)(10)連接，總開關(guān)(10)分別通過綠光開關(guān)(11)連接綠光激光器(4)、通過紅光開關(guān)(12)連接紅光激光器(5)，電源盒(3)、綠光激光器(4)、紅光激光器(5)通過螺絲(13)固定在有機玻璃管A (I)內(nèi)，總開關(guān)(10)、紅光開關(guān)(11)、綠光開關(guān)(12)固定在有機玻璃管A (I)的管壁上；在有機玻璃管B (2)管壁上開兩個矩形孔，第一個矩形孔內(nèi)安裝可調(diào)狹縫裝置(6)，第二個矩形孔為光柵位槽(7);在有機玻璃管A (I)和有機玻璃管B (2)套接處分別開有兩對孔，所述兩對孔為對稱設置，兩對孔的軸線與可調(diào)狹縫裝置(6)的狹縫方向平行，所述孔內(nèi)插入儀器支架(14)的兩端；在有機琉璃管B (2)的一側(cè)設置有測量標尺(16)，綠光激光器(4)、紅光激光器(5)的光束投射到所述測量標尺(16)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式動態(tài)光波衍射演示儀，其特征是:所述綠光激光器(4)、紅光激光器(5)所投射光為兩條距離較近的平行光并與有機玻璃管A (I)和有機玻璃管B (2)的軸線平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式動態(tài)光波衍射演示儀，其特征是:所述可調(diào)狹縫裝置(6)的上端為帶有刻度的縫寬調(diào)節(jié)螺桿(9)，下端連接狹縫定位螺絲和彈簧(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式動態(tài)光波衍射演示儀，其特征是:所述光柵位槽(7)內(nèi)放置有觀察和測量光波衍射現(xiàn)象的光柵片和多縫板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式動態(tài)光波衍射演示儀，其特征是:所述電源盒(3)內(nèi)裝有與綠光激光器(4)、紅光激光器(5)電壓相匹配的干電池組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式動態(tài)光波衍射演示儀，其特征是:所述測量標尺(16)為磁性材料制作的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式動態(tài)光波衍射演示儀，其特征是:所述可調(diào)狹縫裝置(6)通過旋轉(zhuǎn)縫寬調(diào)節(jié)螺桿(9)調(diào)節(jié)狹縫寬度，通過縫寬調(diào)節(jié)螺桿(9)上的刻度讀出狹縫寬度值。
【文檔編號】G09B23/22GK103440804SQ201310343347
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】楊廣武, 江越, 朱飛, 劉枝朋, 金光浩 申請人:天津城建大學