一種霧液式幾何光學實驗儀的製作方法

2023-05-08 23:30:11

專利名稱：一種霧液式幾何光學實驗儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種教學實驗儀器，特別是涉及用於中學物理光學教學的實驗儀器。
背景技術：
目前中學生物理光學教學實驗使用的實驗儀器，僅有編號為型的「光的反、 折射演示器」和編號為J2501的「光具盤」，它們都使用白光作為光源，實驗效果不佳；有的 把雷射擴束後作為光源，把雷射擴束後在後屏上的投射點或投射線當作光線本身，犯了科 學性錯誤。中國專利ZL200620144617. 1提供了一種霧、液式光學綜合實驗儀，包括儀器外 殼、內置的凸透鏡、凹透鏡、漫反射金屬箔龜、半圓形玻璃磚、平面鏡、配合雷射筆、封閉的煙 霧、混合液，利用煙霧、混合液對雷射的散射產生明亮穩定的光路來完成中學物理光學教 材中的光沿直線傳播、光的反射規律、水對光的折射、玻璃對光的折射及折射規律、光的漫 反射與鏡面反射、光的全反射及臨界角測定、光垂直入射水面或玻璃、凸透鏡的會聚作用、 凹透鏡的發散作用等光學實驗。中國專利ZL200820008367. 8提供了一種霧、液式中學物理光學實驗儀，包括霧、 液式光學綜合實驗儀1、可伸縮底座2、光屏3、可伸縮擺杆4、雙平行雷射光源5、充煙孔6、 微調旋鈕7、磁吸8、光纖模型9、衍射片支架10、連接件11、凸面鏡12、凹面鏡13。能完成中 學物理光學教材中的光沿直線傳播、光的反射規律、水對光的折射、玻璃對光的折射及折射 定律、光的漫反射、光的鏡面反射、光的全反射及臨界角測定、光垂直入射水面、光垂直入射 玻璃、凸透鏡的會聚作用、凹透鏡的發散作用、凹面鏡的會聚作用、凸面鏡的發散作用、光纖 通信——光傳導模擬、光的幹涉、光的衍射等光學實驗。上述二項專利技術都能完成許多光學實驗且能真實反映光的傳播路徑，但由於它 們的裝置模式單一，且光學元件多是固定的，缺乏靈活性，不適合學生做組合實驗。
發明內容為了解決現有技術中霧液式光學儀器模式單一、缺乏靈活性的問題，本實用新型 提供一種霧液式幾何光學實驗儀，該實驗儀不僅能完成多個光學實驗，而且能夠滿足教師 根據教材有針對性的靈活選擇光學實驗器材進行教學。本實用新型解決上述問題的技術方案如下一種霧液式幾何光學實驗儀，包含底座、光源、光學元件和光學實驗盒，所述的光 學實驗盒為由底板、頂板、前板、後板和側板構成的立體封閉容器，光源設在光學實驗盒上 方，所述的實驗盒側部設有充煙孔，所述的充煙孔配有大小等同的孔塞，所述的光學元件放 置在光學實驗盒內，所述的實驗盒還設有磁吸和方便光學元件進出可封閉的孔，所述封閉 容器下部截面為方形，上部截面為扇形，所述的充煙孔設在封閉容器的右側下方，容器後板 的上部設有可向上抽出的抽板，抽板下方設有固定磁吸，容器前板上設有與光學元件相對應的各種標準光學元件符號，所述的容器前板上還設有反射折射量角器圖標。優選地，所述的容器後板呈黑色不透明，容器其它部位透明。優選地，所述的光源安裝在光源支架上，所述的光源支架包括搖擺杆和手柄，搖擺 杆通過基座與底座連接，基座上設有固定轉軸與搖擺杆鉸接，基座與底座固定連接；光源通 過手柄與搖擺杆連接，手柄和光源之間的連接處設有固定轉軸。優選地，所述底座上設有彈性夾片，光學實驗盒底板平置在底座上並被彈性夾片 夾緊。優選地，所述的光源為半導體雷射源，半導體雷射源由三個光束互相平行且處於 同一平面內的半導體雷射器組成，每個半導體雷射器具有獨立的控制開關。優選地，所述的光學元件包括光學水槽、光纖剖面模擬器、透鏡組合模塊、半圓柱 形玻璃磚、凸面鏡、漫反射板和凹面鏡。本實用新型構造簡單、組裝方便、結構牢固、美觀、在完成大量光學實驗的同時，更 能緊扣教材，使教師能根據教材需要靈活選擇不同的光學元件，使教學實驗更靈活，更有針 對性。

圖1為實施例光學實驗儀的結構示意圖。圖2為圖1所示光學實驗儀的左視圖。圖3為實施例光學實驗盒後板的結構示意圖。圖4為圖1光學實驗儀的俯視圖。圖5為實施例光學元件的結構示意圖。圖6為實施例的平面鏡、半圓柱形玻璃磚光線入射基準點示意圖。其中1為光學實驗盒、2為底座、3為搖擺杆、4為半導體雷射源、5為充煙孔、6底 部轉動軸、6-1為頂部轉動軸、7為折射量角器、8為正面反射量角器、8-1為頂部外側反射量 角器、9為凸透鏡符號、10為凹透鏡符號、11為平面鏡符號、12為充煙孔塞、13為可轉動磁 吸、14為固定磁吸、15為抽板、16為水平定位掛架、17為光學水槽、18為半圓柱形玻璃磚、19 為光纖剖面模擬器、20為凹面鏡、21為凸面鏡、22為凸透鏡——凹透鏡——凸透鏡——凹 透鏡組合模塊、23為凸透鏡——凸透鏡組合模塊、M為凸透鏡——凹透鏡組合模塊、25為 光線入射基準點、26為漫反射板、27電池盒手柄、觀為半導體雷射器開關、29為凹透鏡、30 凸透鏡、31為平面鏡、32為彈簧夾板、33為光學實驗盒前板、34為光學實驗盒後板、35為底 板界面線、36為旋鈕、37為主光軸、38為金屬箔碎片、39為基座、40為承物板、41為共用法 線、42為凹槽形底板、44為半導體雷射器。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明，但本實用新型的保護範圍 並不限於此。實施例參照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6，一種霧液式幾何光學實驗儀，包括底座2、光 源4、光學元件和光學實驗盒1，所述的光學實驗盒1是下部截面為方形、上部截面為扇形的密閉容器，光學實驗盒1後板34是黑色不透明的，光學實驗盒前板33及其它部位是透明 的。充煙孔5設在光學實驗盒1的右上方側面，充煙孔5上設有充煙孔塞12，目的是在進行 實驗時需向光學實驗盒1內充入煙霧或水的混合液。光學實驗盒1內部分別垂直固定有凹透鏡四和凸透鏡30，並在光學實驗盒前板 33正投影位置設有凸透鏡符號9和凹透鏡符號10，另外還設有主光軸37與凸透鏡符號9 和凹透鏡符號10水平，在主光軸37的正上方設置有折射量角器7 ；沿上部扇形圓弧邊沿設 置有正面反射量角器8 ；光學實驗盒前板33底部中間位置設置有平面鏡符號11，光學實驗 盒1內底部對正平面鏡符號11處設置有一片平面鏡31，光學元件盒1內底部的平面鏡31 的中心線和活動元件半圓柱形玻璃磚的徑面中心線上都設置有光線入射基準點25。其中連接平面鏡符號11中點、主光軸37的中點、折射量角器7的中心及反射量角 器8圓弧中點的連線為反射量角器8和折射量角器7的共用法線41，折射量角器7的水平 直徑為界面線35。光學實驗盒1的圓弧形頂部外側與正面交界處設置有頂部外側反射量角 器8-1，其刻度與正面的反射量角器8的刻度劃分相同。光學實驗盒後板34的上部設有一片可向上抽出的抽板15，右上側設置有可轉動 磁吸13，開口兩側及下方設置有固定磁吸14，主要方便增加和更換光學元件。為方便使用光源，還設有可轉動的搖擺杆3，搖擺杆3通過基座39與底座2連接 並能繞固定轉軸6作180°轉動，半導體雷射源4通過手柄27與搖擺杆3連接並隨搖擺杆 3擺動；底座2承物板40上設有彈性夾片32，光學實驗盒1底部平置在底座2的承物板40 上並被彈性夾片32夾緊。半導體雷射源4設置有三個光束互相平行且在同一平面內的半導體雷射器44、每 個半導體雷射器44都由一個開關觀控制，可獨立工作或同時工作；手柄27和半導體雷射 源4之間的連接處有一頂部固定轉軸6-1，半導體雷射源4可繞固定轉軸6-1沿光束方向轉動。所述的漫反射板沈由凹槽形底板42及膠沾在其上的金屬箔碎片38構成。所述 的光纖剖面模擬器19由凹槽形底板42及設置在凹槽形底板42內側的上、下兩片平面鏡31 構成，下面平面鏡較長。實驗過程本實施例可完成光的傳播、反射、折射等光學實驗。先把光學實驗盒1置於底座2 上，把半導體雷射源4安裝到搖擺杆3末端並固定好，從充煙孔12向光學實驗盒1內充入煙 霧並吹勻。然後閉合半導體雷射器開關觀，根據需要用光束照射光學實驗盒1內的各光學 元件來完成各項光學實驗。使用活動元件時，要向上抽開光學實驗盒後板34上的抽板15， 從開口處向內裝入所需活動元件後，插回抽板15，充入煙霧並吹勻，便可進行實驗。做光沿直線傳播實驗時，光從充煙孔12向光學實驗盒1內充入煙霧並吹勻，然後 閉合半導體雷射源開關觀，用雷射束從左到右貫通照射盒內的煙霧，產生明亮、穩定的光 路，即可看到光在同一勻介質是沿直線傳播的。用同樣的方法，可完成光的反射規律及光路 可逆性實驗、光的鏡面反射、光垂直入射平面鏡實驗、凸透鏡的會聚作用、凹透鏡的發散作 用等實驗。做水對光的折射實驗時，先在水中滴入墨水或牛奶，拌勻然後把水放入光學水槽 17並置於盒內水平定位掛架16上，或直接把水注入光學實驗盒1內至水平界面線35處。閉合抽板15，從充煙孔5向盒內充入煙霧並吹勻，打開半導體雷射源4，用光束射向水面即 可完成實驗。用同樣的方法可完成光垂直入射水面實驗、光從空氣射入水中及從水中射入 空氣的比較實驗、折射光路可逆性實驗。做光纖通信——光傳導實驗時，先打開抽板15從開口處把光纖剖面模擬器19吸 附於水平定位掛架16上方，閉合抽板15，向盒內充入煙霧並吹勻，打開半導體雷射源4，用 單光束雷射從上向下照射光纖模擬器19的下平面鏡片31，即可看到光束在上、下兩片平面 鏡的多次反射下向前傳導的過程。用同樣的方法，可完成光垂直入射玻璃磚表面4 ；玻璃對 光的折射及折射規律、折射率；光的漫反射實驗，「光學黑箱」——透鏡組合實驗。做光的全反射及臨界角測定時，半圓柱形玻璃磚18需要倒置吸附於後板上正對 折射量角器7的上半部分，閉合抽板15後從充煙孔5充入煙霧並吹勻，然後用單雷射束對 準半圓柱形玻璃磚的中心入射，此時有入射光線折射光線和反射光線，調整光線的入射角 度，使折射光線逐漸變少最後消失，此時的入射角即為臨界角，此時只有入射光線和反射光 線，即為光的全反射狀態。做凹面鏡的會聚作用和凸面鏡的發散作用實驗時，應把凹面鏡20和凸面鏡21分 別吸附掛在可轉動磁吸13上，充煙吹勻後用三束雷射束照凹面鏡20、凸面鏡21，轉動後板 處的旋鈕36調整凹面鏡20或凸面鏡21，觀察雷射束的會聚或發散。
權利要求1.一種霧液式幾何光學實驗儀，包含底座、光源、光學元件和光學實驗盒，所述的光學 實驗盒為由底板、頂板、前板、後板和側板構成的立體封閉容器，光源設有光學實驗盒上方， 所述的實驗盒側部設有充煙孔，所述的充煙孔配有大小等同的孔塞，所述的光學元件放置 在光學實驗盒內，所述的實驗盒上還設有磁吸和方便光學元件進出可封閉的孔，其特徵在 於所述封閉容器下部截面為方形，上部截面為扇形，所述的充煙孔設在封閉容器的右側下 方，容器後板的上部設有可向上抽出的抽板，抽板側方設有可轉動磁吸，抽板下方設有固定 磁吸。
2.根據權利要求1所述的霧液式幾何光學實驗儀，其特徵在於所述的容器後板呈黑 色不透明，容器其它部位透明。
3.根據權利要求1所述的霧液式幾何光學實驗儀，其特徵在於所述的光源安裝在光 源支架上，所述的光源支架包括搖擺杆和手柄，搖擺杆通過基座與底座連接，基座上設有固 定轉軸與搖擺杆鉸接，基座與底座固定連接；光源通過手柄與搖擺杆連接，手柄和光源之間 的連接處設有固定轉軸。
4.根據權利要求3所述的霧液式幾何光學實驗儀，其特徵在於所述底座上設有彈性 夾片，光學實驗盒底板平置在底座上並被彈性夾片夾緊。
5.根據權利要求3或4所述的霧液式幾何光學實驗儀，其特徵在於所述的光源為半 導體雷射源，半導體雷射源由三個光束互相平行且處於同一平面內的半導體雷射器組成， 每個半導體雷射器具有獨立的控制開關。
6.根據權利要求1所述的霧液式幾何光學實驗儀，其特徵在於所述的光學元件包括 光學水槽、光纖剖面模擬器、透鏡組合模塊、半圓柱形玻璃磚、凸面鏡、漫反射板和凹面鏡。
專利摘要本實用新型涉及一種用於中學物理光學教學的霧液式幾何光學實驗儀，包含底座、光源、光學元件和光學實驗盒，光學實驗盒為由底板、頂板、前板、後板和側板構成的立體封閉容器，光源設在光學實驗盒上方，實驗盒側部設有充煙孔，光學元件放置在光學實驗盒內，容器後板的上部設有可向上抽出的抽板，抽板下方設有固定磁吸，容器前板上設有與光學元件相對應的各種標準光學元件符號，容器前板上還設有反射折射量角器圖標。本實用新型構造簡單、組裝方便、結構牢固、美觀、在完成大量光學實驗的同時，更能緊扣教材，使教師能根據教材需要靈活選擇不同的光學元件，使教學實驗更靈活，更有針對性。
文檔編號G09B23/22GK201868013SQ20102056513
公開日2011年6月15日 申請日期2010年10月18日 優先權日2010年10月18日
發明者林澤春, 王金濤, 黃華聖, 黃學時 申請人:浙江天煌科技實業有限公司