专利名称：中学物理几何光学实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到中学物理几何光学部分的实验装置。属于中学物理教师演示、学生分组实验类仪器。
中学物理教材中，光学部分的实验有二十多种，在教学活动中，学校普遍采用了现成的一些实验装置来完成演示实验和学生的分组实验，如采用光具座等来完成凸透镜的成像实验，这些实验装置有的结构陈旧且不完善，体积大且笨重。有的实验设备价格昂贵，经济条件较差的学校难以接受，只能购买少量仪器供教师作演示实验，或取消部分实验。有的实验装置实验效果差，无法达到教材的要求。现行新编九年义务教育初中教材中，有的实验就缺乏实验仪器。这给新教材的教学带来困难。
本实用新型的目的，就是为了克服现有的实验装置结构不完善，价格昂贵，与教材不够配套的不足，设计能完成中学物理几何光学有关实验的装置。
本实用新型通过以下方式实现实验装置由实验箱体、光学实验的必要附件构成，实验箱体的外侧有一导槽。当使用导轨时，可将导轨插入导槽中。导轨上刻有刻度值，用来读出各附件间的距离。箱盖可自由抽出，并可反面插入。箱盖的背面刻印有完成相关实验的图形或图案。实验附件包括本实用新型设计的“工”形导轨、散射盒、多介质的曲光槽、水介质的柱状三棱镜、柱状透镜、水介质球面透镜、半透光的反射板及透光与不透光的色卡。使用时，可根据教材中相关实验的需要选用。为了准确描述本实用新型的实现方式，现结合以下附图
实施例加以进一步的说明。
图一带有导轨的实验箱结构图。
图二散射盒结构图。
图三曲光槽结构图。
图四柱状水介质三棱镜结构图。
图五柱状水介质凸透镜结构图。
图六光反射定律实验的装置图。
图一中箱盖[2]由铁质材料制成，并可沿着箱体[1]的内边缘的凹形槽拉出或插入，当反面插回箱体[1]时，如图六所示。导轨[3]呈“工”字形，可以嵌入箱体外侧壁凹槽[4]中，导轨〔3〕可由二段组成，A为接点，其各段长度应小于箱体内侧长度，以便用后放回箱内。
图二为散射盒立体结构图。盒体底部的凹槽[1]可套入导轨中，也可将它站立在实验桌上。微型电扇[2]安装于散射盒的内部一侧。光线入射窗[3]呈矩形，用透明材料封闭。吊杆底座[4]倒扣于圆形孔[5]上。实验附件[6]固定于吊杆[7]上。进行相关实验时，只需提起吊杆底座[4]，将吊杆[7]拉出更换实验所需的相关附件。散射盒正面观察窗[8]由透明材料封闭的。反光性好的微尘粒[9]在不启动微型电扇[2]时沉积于盒体内底部。
图三为曲光槽的结构图。它是由透明材料加工制成，如玻璃、透明塑料。槽体内分割成多层小槽，它们互不相通，且隔板与槽壁很薄，小槽内充满不同折射率的液体[2]、[3]、[4]、[5]、[6]，空心的倒凸形槽(1)可套入图一所述的导轨中。为方便使用，可在充满液体后将槽口(A)面密封，使之形成整体，供长期使用。
图四为柱状水介质三棱镜结构图，为三棱柱形杯体，透明薄质材料(如玻璃、透明塑料)加工制成，杯中可放入水作为透明的介质体。
图五为柱状水介质凸透镜立体图，它形为双凸球面弧形杯体，由透明薄质材料(如玻璃、塑料)加工制成，杯中注满水后即成水介质球面弧形柱状凸透镜。或将其改为水介质球面弧形凸透镜，其径端开有小孔，充满水等透明的液体后，即成为水介质球面凸透镜。根据上述的设计原理，也可将球面弧形柱状杯体改为双凹球面弧形柱状杯体，即成为水介质凹透镜。
图六为光反射定律实验装置图，半透光的薄膜〔2〕附着于玻璃片〔3〕上，构成半透光反射板，反射板立于箱盖〔4〕上。实施例一透镜成像实验将实验箱侧立，导槽朝上，插入导轨，安上凹透镜(或凸透镜)、光屏和蜡烛(如图一所示)，按常规的透镜成像实验操作方式，完成透镜成像的实验。实施例二平面镜、潜望镜、透镜光路观察的实验将实验箱侧立，导槽朝上，插入导轨，安上散射盒及光源(如图二所示)。调整光源，使射出的光束对准散射盒侧面的矩形窗〔3〕射入盒内。启动盒内的微型电扇〔2〕，吹扬起盒内反光性强的微尘〔9〕，通过微尘对光的散射显示出光路。若在盒内悬挂的吊杆〔7〕安上不同的附件，如平面镜〔6〕或潜望镜、透镜等，就可通过正面观察窗〔8〕观察出各种附件对光线作用的光路图。实施例三光在不均匀介质中传播的实验将实验箱侧立，导槽朝上，插入导轨，安上曲光槽、光源(如图三所示)。调整光源让入射光以一定的角度射向曲光槽上表面。光经过曲光槽不同层内折射率不同的液体，如不同密度的盐水、水、甘油等折射后，显示出弯曲的光路。实施例四“海市蜃楼”的实验将实施例三中的光源换成一个带有底座的物体，如动物模型。将其套入导轨，调节底座位置，即可在放置模型的对应面，看到“海市蜃楼”现象。实施例五光反射定律的实验将实验箱平放，抽出箱盖，反面插入箱体，如图六所示。将半透光反射板竖立于箱盖[4]的横中线上，指向模型[1]沿着箱盖图案上的任意一条辐射线指向镜面，通过眼睛观察可看到经平面镜反射后模型像的指向是沿另一对称幅射线指出。从而得到光的反射定律。该实验不必在暗室中完成，简单方便。
本实验也可将指向模型换成平行光源，利用光沿箱盖上的辐射线射向镜面，在箱盖上可显示入射光线和反射光线，从而达到验证或探索光的反射定律的目的。实施例六平面镜成像规律实验实验箱和半透光反射板如实施例五那样放置，将蜡烛置于图六所示的箱盖[4]上的方格图案的某一交点上，通过眼睛观察可见蜡烛在镜的另一侧的像，拿另一个完全等大的蜡烛在像方移动，直到眼睛观察到像与该蜡烛完全重合，固定该蜡烛的位置，即为蜡烛像的位置。分析两根蜡烛的大小及位置关系，即可得到平面镜成像的规律。
若这一实验装置是提供教师演示用的，蜡烛底座可用磁性体，以便将箱体侧立，箱盖图案面向学生，讲解分析本实验。实施例七光折射规律及测折射率的实验将箱体、箱盖如图六所示放置。取下半透光反射板，放上一长方体水槽，使长方体的长边与图案的横中线重合。在水槽中注满水后，放入指向模型，从水槽正上方观察模型的指向(入射光线的方向)，沿某一辐射线射出水槽，从水槽另一长边的侧面观察发现模型的指向变了，用指示针标出该指向(即折射光线的方向)。通过观察入射角和折射角的变化，即可探索出光的折射规律。若直接从箱面角度图案上，测出相应的入射角和折射角，就可通过计算求出水的折射率。实施例八透镜折射光实验如实施例七那样放置箱体和箱盖，让柱状水介质凸透镜注满水后立于箱盖上似平行光线图案的位置，其主光轴与箱盖上图案的竖中线重合。让模型的指向(入射光线的方向)沿平行线方向指向透镜，通过眼睛可观察到模型指向经凸透镜折射后的变化，并用指针指示此折射方向(即折射光线的方向)，用同样的方法将模型分别放在其余的平行线上，用另一些指针记录相应的折射光线的方向，即可得出透镜折射光的规律。
双柱状水介质凹透镜折射光实验用同样方法进行。实施例九光的色散实验将箱体平放，在箱盖上放一注满水的柱状水介质三棱镜，三棱镜后相应位置固定一白色的光屏。将导轨插入箱体导槽内，让光源的底座套入导轨，调节光源的位置，使光源射出的一束光以一定角度射在三棱镜上，则可在屏上得到光色散后的光谱带。实施例十颜色的形成实验如实验例九那样放置箱体、箱盖、光源、三棱镜，取下光屏，在光屏的位置放上透光或不透光反光的色卡，就可观察到色卡上不同颜色对光谱带的透射或反射光强度的不同，以此来分析研究颜色的形成。
本实用新型具有结构简单，使用方便，成本低等优点，既可作为教师演示实验，又能作为学生实验仪器。
权利要求1.由凸透镜、凹透镜、镜、光源等构成的中学物理几何光学实验装置，其特征在于该装置由实验箱体、散射盒、曲光槽、水介质柱状三棱镜、水介质柱状凸凹透镜、半透光反射板构成，通过“工”字形导轨将散射盒、曲光槽、三棱镜、凸凹透镜与实验箱体以相互对嵌形式连接，并可在“工”字形导轨上滑动。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于该装置中的实验箱体的外侧壁上有一凹槽，“工”字型导轨可嵌入其中。
3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于嵌入箱体外侧壁的导轨，单根长度小于箱子内侧长度。
4.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于箱盖可沿着箱体内侧沿出槽拉出或插入，箱盖的背面刻印有完成相关实验的图型或图案。
5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于装置中的散射盒底部有一个凹形槽，微型电扇安装于盒内底部的一侧，观察窗和光线入射窗由透明材料制成，盒子的顶部具有可固定光学附件的吊杆。
6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于该装置中的曲光槽由玻璃或透明塑料制成，并将曲光槽内部分割成多个小槽。
7.根据权利要求6所述的实验装置，其特征在于曲光槽的小槽内可分别倒入不同折射率的透明液体。
8.根据权利要求6所述的实验装置，其特征在于该装置中的曲光槽充满不在乎各种不同折射率的透明液体后，将其槽口密封。
9.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于该装置中的三棱镜是呈空心球面弧形的杯体它由透明玻璃或塑料制成，其间可倒入水介质。
10.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于该装置中的附件凸凹透镜呈空心的椭状的杯体，它由透明玻璃或塑料制成，其间可倒入水介质。
11.根据权利1所述的实验装置，其特征在于该装置中的半透光反射板以透明的玻璃或塑料为材料制成反射板的底板。
12.根据权利要求教材所述的实验装置，其特征在于该装置中的半透光反射板的底板上，镀上反射率大于30％的金属膜。
13.根据权利要求11所述的实验装置，其特征在于该装置中的半透光反射板的塑料或玻璃底板上，贴一层半透膜。
专利摘要本实用新型涉及到中学物理几何光学部分的实验装置,属于中学物理教师演示、学生分组实验类仪器,由实验箱体、光学实验所需的附件构成。本实用新型所述的附件有导轨、散射盒、多介质曲光槽、水介质三棱镜、水介质柱状凸凹透镜、水介质球面透镜、半透光反射板及透光与不透光的色卡构成。使用时,可根据教材中相关实验的要求,取出相应的附件,即可装配成几何光学实验仪器,完成相应的实验。本实用新型具有结构简单,使用方便,成本低,功能多等优点,既可作为教师演示实验仪器,又能作为学生分组实验的仪器,完全能满足中学物理几何光学中所有的实验需要。
文档编号G09B23/00GK2293873SQ9621774
公开日1998年10月7日 申请日期1996年9月3日 优先权日1996年9月3日
发明者陆健, 陈 峰, 章镇, 陈天富 申请人:福建师范大学