一種光的反射空間立體關係演示器的製作方法
2023-05-16 15:46:11 1
本實用新型屬於物理教學用具領域，尤其涉及一種光的反射空間立體關係演示器。
背景技術：
目前，教學中用於演示光的反射原理的教學用具，僅含有一個用於模擬入射光線的雷射筆，無法顯示出法線，因而無法演示出入射角和反射角的等量關係；反射面為水平面，固定不動，無法調整反射面，難以示範出不同的反射面的情況下是否遵循光的反射原理；雷射筆在空氣中無法顯示出光路，只能看到一個投射出來的圓點。
技術實現要素：
針對上述現有技術的不足，本實用新型提供一種光的反射空間立體關係演示器。
為解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的：
一種光的反射空間立體關係演示器，其特徵在於：包括一個透明無頂蓋的箱體1、穿過箱體1後側壁的一個可繞自身中心軸線旋轉的水平的轉軸2、用於支撐轉軸的轉軸支撐架12、與轉軸2固定連接的平面鏡固定板3、與轉軸2固定連接的法線固定杆、與轉軸2固定連接的量角器10、可繞轉軸2的中心軸線旋轉的入射光線固定杆、固定在平面鏡固定板3上的平面鏡4、固定在法線固定杆上的第一雷射筆53、固定在入射光線固定杆上的第二雷射筆63、放置在箱體1中的煙霧發生器8、用於吹散煙霧的風扇9、放置在箱體1中的潛望鏡模型7；
所述轉軸2上設置有螺紋，轉軸2上的螺紋處螺紋連接有螺母；
所述的入射光線固定杆一端具有一個通孔，所述入射光線固定杆通過通孔安裝在轉軸2上，通孔與轉軸2間隙配合；
量角器10與箱體1後側壁之間從前至後依次是法線固定杆、入射光線固定杆、螺母；
所述平面鏡4的反射面與量角器10的零刻度線重合；
所述第一雷射筆53和第二雷射筆63顏色不同；第一雷射筆53和第二雷射筆63均指向轉軸2；第一雷射筆53和第二雷射筆63在同一平面上；所述第一雷射筆53的射出光線與入射光線重合，第二雷射筆63的射出光線經過第一雷射筆53的射出光線與平面鏡的交點。
較優的，上述轉軸2通過軸承11安裝在箱體1後側壁上和轉軸支撐架上。
較優的，上述法線固定杆包括互相垂直並固定連接的法線固定豎杆51和法線固定橫杆52，所述第一雷射筆53固定在法線固定橫杆62上；所述入射光線固定杆包括互相垂直並固定連接的入射光線固定豎杆61和入射光線固定橫杆62，所述第二雷射筆63固定在入射光線固定橫杆62上；所述入射光線固定豎杆的長度＞法線固定豎杆的長度＞量角器的半徑。
較優的，上述光的反射空間立體關係演示器還包括放置在箱體中的垂直平面鏡組合模型13；所述垂直平面鏡組合模型包括兩個互相垂直並且一邊相交的矩形平面鏡。
較優的，上述光的反射空間立體關係演示器還包括動力機構，所述動力機構包括電機、大齒輪以及小齒輪，所述電機的輸出軸與小齒輪的中心軸固定連接，所述大齒輪和小齒輪嚙合，所述小齒輪的中心軸與轉軸2伸出箱體的一端固定連接。
本實用新型與現有技術相比，其有益之處在於：（1）本實用新型能將反射現象中的入射光線、反射光線、法線三者的空間立體關係形象的展示出來，而且能夠在立體空間中探究光的反射定律，模擬光的現象更為科學、生動和有趣。第一雷射筆用於演示法線，第一雷射筆始終與平面鏡保持垂直；第二雷射筆用於演示入射光線和反射光線；（2）轉軸可以旋轉，固定在轉軸上的量角器、第一雷射筆、平面鏡等都隨轉軸旋轉，可以調整反射面的角度，演示出不同反射面的情況是否遵循光的反射原理；（3）煙霧發生器的設置，利用光的散射顯現出雷射筆的光路，便於直觀的觀察；風扇可以迅速的將煙霧分散到箱體中，也可以調整箱體中的煙霧量，也可以在實驗完畢後，將煙霧從箱體中清除。
附圖說明
圖1是本實用新型的立體結構示意圖；
圖2是圖1的右視圖。
其中：1-箱體，2-轉軸，3-平面鏡固定板，4-平面鏡，51-法線固定豎杆，52-法線固定橫杆，53-第一雷射筆，61-入射光線固定豎杆，62-入射光線固定橫杆，63-第二雷射筆，7-潛望鏡模型，8-煙霧發生器，9-風扇，10-量角器，11-軸承，12-轉軸支撐架，13-垂直平面鏡組合模型。
具體實施方式
以下參照圖1至圖2，給出本實用新型的具體實施方式，用來對本實用新型做進一步說明，但本實用新型不限於以下所描述的具體實施例。
如圖1和2，一種光的反射空間立體關係演示器，包括一個透明無頂蓋的箱體1、穿過箱體1後側壁的一個可繞自身中心軸線旋轉的水平的轉軸2、用於支撐轉軸的轉軸支撐架12、與轉軸2固定連接的平面鏡固定板3、與轉軸2固定連接的法線固定杆、與轉軸2固定連接的量角器10、可繞轉軸2的中心軸線旋轉的入射光線固定杆、固定在平面鏡固定板3上的平面鏡4、固定在法線固定杆上的第一雷射筆53、固定在入射光線固定杆上的第二雷射筆63、放置在箱體1中的煙霧發生器8、用於吹散煙霧的風扇9、放置在箱體1中的潛望鏡模型7。
箱體的材料為透明有機玻璃，截取有機玻璃板，製成長60cm，寬30cm，高50cm的一個透明箱子，箱體呈長方體，以箱體的任一一個側壁為後側壁。
所述轉軸2通過軸承11安裝在箱體1後側壁上和轉軸支撐架上。
所述轉軸2上設置有螺紋，轉軸2上的螺紋處螺紋連接有螺母；量角器10與箱體1後側壁之間從前至後依次是法線固定杆、入射光線固定杆、螺母。
所述的入射光線固定杆一端具有一個通孔，所述入射光線固定杆通過通孔安裝在轉軸2上，通孔與轉軸2間隙配合；這樣，旋轉入射光線固定杆時不受螺紋限制，入射光線固定杆可繞軸隨意旋轉，旋轉到一個合適的角度後，旋緊螺母，可將入射光線固定杆固定住使其不再隨意擺動。
所述平面鏡4的反射面與量角器10的零刻度線重合；
所述第一雷射筆53和第二雷射筆63顏色不同；第一雷射筆53為綠色，第二雷射筆63為紅色，第一雷射筆53和第二雷射筆63均指向轉軸2；第一雷射筆53和第二雷射筆63在同一平面上；所述第一雷射筆53的射出光線與入射光線重合，第二雷射筆63的射出光線經過第一雷射筆53的射出光線與平面鏡的交點。
所述法線固定杆包括互相垂直並固定連接的法線固定豎杆51和法線固定橫杆52，所述第一雷射筆53固定在法線固定橫杆62上；所述入射光線固定杆包括互相垂直並固定連接的入射光線固定豎杆61和入射光線固定橫杆62，所述第二雷射筆63固定在入射光線固定橫杆62上；所述入射光線固定豎杆的長度＞法線固定豎杆的長度＞量角器的半徑。這樣，當旋轉入射光線固定豎杆時，不會受到法線固定豎杆的影響。
所述潛望鏡模型為潛望鏡拆解模型，便於觀察光線在模型中的反射路徑。
所述光的反射空間立體關係演示器還包括放置在箱體中的垂直平面鏡組合模型；所述垂直平面鏡組合模型包括兩個互相垂直並且一邊相交的矩形平面鏡。
由於平面鏡固定板、法線固定杆等均設置在轉軸上，平面鏡固定板、法線固定杆在重力作用下會帶動轉軸向下翻轉，需要人手時刻固定住轉軸，實驗時操作時極為不方便，因此，本實用新型的量角器優選圓形量角器，這樣可以平衡平面鏡固定板、法線固定杆以及量角器的上半部分的重力，另外，本實施例還增加包括動力機構用於固定和驅動轉軸，所述動力機構包括電機、大齒輪以及小齒輪，所述電機的輸出軸與小齒輪的中心軸固定連接，所述大齒輪和小齒輪嚙合，所述小齒輪的中心軸與轉軸2伸出箱體的一端固定連接。
本實用新型可模擬以下現象：
（1）光的反射現象中反射光線、入射光線分居法線兩側；
（2） 光的反射現象中反射光線、入射光線、法線在同一平面內；
（3）光的反射現象中反射角等於入射角；
（4）光的反射現象中光路可逆；
（5）不同角度的反射面，（1）-（4）的現象是否成立；
（6）互相垂直的兩塊平面鏡對光的反射現象及特點；
（7）光通過潛望鏡的反射現象及特點。
本實用新型的使用方法：
1.將本實用新型放置在水平桌面上，打開綠色的第一雷射筆53，調整綠色第一雷射筆53的入射光線和反射光線重合，用綠色雷射模擬法線。
2.打開紅色的第二雷射筆63，調整第二雷射筆63的入射點在法線與鏡面的交點位置。
3.打開煙霧發生器，稍等一分鐘，等煙霧均勻分布，如需煙霧快速擴散，可將風扇打開，使煙霧迅速的分散到箱體中，如果煙霧量太多，可以繼續打開風扇將煙霧部分吹散。
4.多次左右轉動入射光線固定豎杆，調節入射光線和法線的夾角，觀察反射光線和入射光線、法線的位置關係。得出結論：反射光線和入射光線分居法線的兩側。
5.固定入射光線和法線。緩慢旋轉透明的有機玻璃箱子，全班同學一起觀察，反射光線、入射光線、法線的空間立體關係。得出結論：反射光線、入射光線、法線在同一平面內。
6.多次調整入射角，測量反射角和入射角的大小。得出結論：反射角等於入射角。
7.用第三隻雷射筆發出一束黃色的雷射逆著紅色的反射光線的方向入射到入射點，觀察反射光線的徑跡。得出結論：反射現象中光路可逆。
8.綠色雷射以任意的角度入射到垂直平面鏡組合模型上，觀察光的反射現象。得出結論：最後一條反射光線和第一條入射光線互相平行。
9.讓一束黃色雷射射入拆解潛望鏡中觀察光在潛望鏡中的反射現象。得出結論：光線在兩個小平面鏡上反射，從物鏡入口射入，從目鏡出口射出，最後一條反射光線和第一條入射光線平行。
10.實驗完畢，可打開風扇將煙霧快速吹散。
對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。
此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。