光的折射分解试验演示箱的制作方法

本实用新型涉及一种教学用具，具体涉及一种光的折射分解试验演示箱。

背景技术：

光的折射规律是几何光学的基本规律，是解释生活中折射现象的主要依据，光的折射规律的探究过程，能够很好地培养学生的科学探究能力。为使学生准确理解光的折射现象和规律，在教学中需要进行光的折射演示实验。

目前，教师在进行光学折射演示试验时，当需要使学生理解不同颜色光的折射角的区别时，例如，当需要比较红光和蓝光折射角区别时，只能首先在一个位置安装红光光源，并在成像屏上标注其对应的折射角；然后，再在同一个位置安装蓝光光源，并在成像屏上标注其对应的折射角。由此观察两种不同颜色光的折射角的区别。

上述方式存在以下问题：需要精确的将红光光源和蓝光光源放置于同一个位置，从而保证红光和蓝光具有相同的入射角，然而，在实际操作时易带来误差，从而影响成像效果。另外，采用现有的光学折射演示试验装置时，还存在以下问题：易受外界光照影响，导致折射光线较弱，影响演示效果；为了提高折射现象观察效果，需要教师多次调试，例如，调整相关部件之间的距离等，具有调试时间长的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种光的折射分解试验演示箱，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种光的折射分解试验演示箱，包括演示箱箱体(1)，所述演示箱箱体(1)的一侧箱板内壁固定安装四色LED光源(2)，所述四色LED光源(2)包括圆形铝基板(2.1)、以及以圆形铝基板中心O为中心点，呈正方形布置于所述基板(2.1)上的红光灯珠、绿光灯珠、蓝光灯珠和白光灯珠；在所述四色LED光源(2)的前面固定装配聚光罩(3)，在所述聚光罩(3)的前面，依次固定设置第1单缝片(4)、第2单缝片(5)、V型三棱镜限位槽(6)和成像屏(7)；其中，所述V型三棱镜限位槽(6)上可装卸式安装三棱镜(8)。

优选的，所述演示箱箱体(1)采用遮光材料制作。

优选的，所述成像屏(7)采用半透明板，嵌装于所述演示箱箱体(1)的另一侧箱板。

优选的，所述成像屏(7)的表面设置有刻度线。

优选的，所述基板中心O、所述第1单缝片(4)的狭缝中心点、所述第2单缝片(5)的狭缝中心点和所述三棱镜(8)的中心点等高度设置；所述成像屏(7)的下方与所述三棱镜(8)的中心点等高度设置。

优选的，所述演示箱箱体(1)具有可打开的箱侧板(1.1)。

优选的，所述四色LED光源(2)还连接有供电电源以及切换开关；所述四色LED光源(2)的红光灯珠、绿光灯珠、蓝光灯珠和白光灯珠并联连接后，一端连接到供电电源的负极，另一端通过所述切换开关连接到所述供电电源的正极。

本实用新型提供的光的折射分解试验演示箱具有以下优点：

1、四色光源在三棱镜上入射角度位置完全一致，从而清晰对比出不同颜色光的折射角大小；

2、实验过程不需调试，实验结果量化精确定位，复现性好，可以多次复现；

3、演示箱遮光设计，避免外界光照影响，保证清晰观察效果；

附图说明

图1为本实用新型提供的光的折射分解试验演示箱在箱侧板打开状态时的示意图；

图2为本实用新型提供的光的折射分解试验演示箱在箱侧板关闭状态时的示意图；

图3为本实用新型提供的光的折射分解试验演示箱内的光路传播示意图；

图4为本实用新型提供的四色LED光源切换原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种光的折射分解试验演示箱，用于教学中光的折射分解试验演示，参考图1，为演示箱的箱侧板打开时的示意图；参考图2，为演示箱的箱侧板闭合时的示意图；参考图3，为原理图，包括演示箱箱体1，演示箱箱体1采用遮光材料制作，避免外界光照影响，保证清晰观察效果；演示箱密封遮光设计，保证了入射光线的纯粹，同时也为更好的成像效果提供了可能。演示箱箱体1具有可打开的箱侧板1.1，箱侧板可打开的作用为：更容易向学生们展示，也有利于人工取放三棱镜。

演示箱箱体1的一侧箱板内壁固定安装四色LED光源2，四色LED光源2包括圆形铝基板2.1、以及以铝基板圆心为中心点，呈正方形布置于铝基板2.1上的红光灯珠、绿光灯珠、蓝光灯珠和白光灯珠。基板采用铝基板，散热性能好。各色灯珠参数具体如下：红光灯珠：620-630nm；绿光灯珠：520-535nm；蓝光灯珠：450-465nm；白光灯珠：6000-6500k。灯珠整体直径5毫米；各色灯珠中心偏差不超过2毫米。本申请中，四色灯珠各布置于正方形的四个顶点位置，当四色灯珠朝向正方形中心点所在轴线发射光线时，可保证四色光线与轴线的夹角相等。

参考图4，为四色LED光源切换原理图，四色LED光源2还连接有供电电源以及切换开关；四色LED光源2的红光灯珠、绿光灯珠、蓝光灯珠和白光灯珠并联连接后，一端连接到供电电源的负极，另一端通过切换开关连接到供电电源的正极。因此，通过切换开关，可实现一键切换到所需颜色灯珠的效果。本申请中，使用四色LED灯珠作为光源，避免选用单色激光对学生眼睛直射的风险；也可以更加节约费用。

在四色LED光源2的前面固定装配聚光罩3，LED透镜形成的聚光罩，最大限度的将发射光聚合成发射角度5度左右的光柱；保证光线足够亮；

在聚光罩3的前面，依次固定设置第1单缝片4、第2单缝片5、V型三棱镜限位槽6和成像屏7；其中，V型三棱镜限位槽6上可装卸式安装三棱镜8。通过设置两个单缝片，提供连续两条平行狭缝，光柱连续通过两条狭缝后，根据两点确定一条直线原理，光线角度和位置已经确定。其中，采用V型三棱镜限位槽，确保三棱镜放置后，四色光源在三棱镜上入射角度、位置完全一致，使最终成像位置固定，实验复现性良好。

成像屏7采用半透明板，嵌装于演示箱箱体1的另一侧箱板。采用半透式成像屏，使观察位置从屏前改为屏后，扩大了观察范围，同时也为演示箱密封遮光提供了可能。另外，成像屏7的表面设置有刻度线，方便学生精确记录每次折射实现时在成像屏上的成像位置，进而方便对多次试验结果进行分析对比。

另外，基板中心O、第1单缝片4的狭缝中心点、第2单缝片5的狭缝中心点、三棱镜8的中心点等高度设置，可确保光线强度。因为棱镜会造成光线折射偏上，因此，成像屏7的下方与三棱镜8的中心点等高度设置，以利于观测。

本实用新型中，四色LED光源、聚光罩、V型三棱镜限位槽和成像屏均固定安装于箱体内部，其位置固定不可调，并且，各部件之间的距离和安装高度等参数是在演示箱生产时已调试完成的最佳参数，所以，教师在使用演示箱进行演示试验时，不需要调试各部件之间的距离和安装高度，即可保证折射效果，具有使用方便的优点。

本实用新型提供的一种光的折射分解试验演示箱，其制作过程如下：

第一步：确定四色LED光源、聚光罩、第1单缝片4和第2单缝片5的位置和高度。

通过控制按键，选择相应颜色的光源；光线经过聚光罩聚光后，使用两个单缝片过滤，确保透过的光线角度一致。

第二步：制作V型三棱镜限位槽，并确定V型三棱镜限位槽的位置

制作V型三棱镜限位槽，V型三棱镜限位槽和三棱镜贴合紧密，以保证三棱镜只要放置在限位槽内，入射光的角度和位置都是唯一的，并调试入射角度，使最终成像效果最佳；

第三步：选择合适的成像屏位置；

成像屏选用半透明板，以保证在箱体外部即可观测较好的折射颜色成像效果；调试合适距离，保证成像效果清晰，各种颜色折射角度差异较大；根据实验验证，3W灯珠已经基本可以满足教室内演示，全体学生均可明显看到光折射后成像效果。

第四步：将光源，控制按键、两个单缝片、V型三棱镜限位槽、成像屏位置在调试好的位置固定后，外部做成密闭箱体(避免外界光线干扰)，箱体侧板做成可活动开启状态，以便学生开启侧板观察内部结构和光路，同时方便三棱镜取放。具体实现上，各部件与箱体之间可以采用螺钉混合胶粘连接固定方式。

本实用新型提供的一种光的折射分解试验演示箱，其使用方法如下：

第1步，确定本次试验是否需要安装三棱镜，如果不需要，则打开箱侧板，从V型三棱镜限位槽上取出三棱镜；

第2步，通过切换开关选择本次试验需要采用的灯珠颜色，例如，选择红光灯珠；

在未安装三棱镜时，红光灯珠发出的红光依次通过聚光罩、第1单缝片4、第2单缝片5后，成像到成像屏上；在箱体外面观察成像屏，读取对应的刻度，记录本次试验的成像位置；经试验，在没有放置三棱镜的时候，可以分别查看4种色光，在成像屏成像位置一致。

第3步，通过切换开关，选择其他色的灯珠进行折射试验，并记录成像位置；

然后，打开箱侧板，安装三棱镜，然后再进行一批安装三棱镜后，各种颜色灯珠的折射，并分别记录各种不同颜色灯珠的成像位置。

由此实现了同一种颜色灯珠在是否经过三棱镜折射的成像位置对比试验，以及，不同颜色灯珠经过三棱镜折射后的成像位置对比试验。可以重复多次演示。

本实用新型提供的一种光的折射分解试验演示箱，具有以下优点：

1、四色光源在三棱镜上入射角度和位置完全一致，从而清晰对比出不同颜色光的折射角大小；

2、实验过程不需调试，实验结果量化精确定位，复现性好，可以多次复现；

3、演示箱遮光设计，避免外界光照影响，保证清晰观察效果；

4、免调试，演示快捷，实验速度快；

5、抗干扰，不怕学生移动器材，均能保证折射光线成像位置唯一不变，可以鼓励学生一一参与，自己动手实验；

6、成像效果更加清晰，范围更大，色彩对比度更强。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。