专利名称：多功能几何光学演示器的制作方法
技术领域：
及现有技术的不足中学物理教材几何光学部分，演示实验多，做好演示实验对学生掌握几何光学规律，理解几何光学的光路，作好光路图至关重要，要做好几何光学实验首先应有高质量的平行光源且几束光的方向能分别调节；其次，光路应明亮、清晰。
现有的几何光学仪器使用的光源主要有两类(一)白炽灯会聚成的平行光这种光源的缺点主要是平行度不好，亮度不高；是白光，不易引起学生的足够注意。
(二)用较大功率的特殊灯泡会聚成平行光，再经棱镜分解成红、绿、蓝三束光。这种光源平行度、亮度有所提高，色彩鲜艳。但使用该光源做透镜原理实验时，由于三种色光折射率不一样，透镜对它们会聚和发散程度不一致，反而不便讲解焦点；另外，这种光源也不能同时演示透镜对三条特殊光线的作用即(过光心的光线不改变方向，平行于主轴和过焦点的光线的光路)。
现有仪器显示光路的方法利用光屏对光的漫反射。即在光屏上观察光路。其不足之处是①亮度不足，受环境照度影响较大，往往需要在较暗的室内实验，给教学带来不便；②光路只能在平面上显示，无立体感。
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，设计一种光路显示清晰，并可完成反射定律、折射定律、凹凸面镜对光的作用，透镜对光的作用，粗略测定液体的折射率、望远镜、显微镜的成像光路等初高中几何光学实验的多功能几何光学演示器。
本实用新型具体是这样实现的一种多功能几何光学演示器，涉及光路显示箱，光源，其特征在于A、所述光路显示箱为一个带可开启的上盖的箱体，箱体周边与箱底密封，在箱底、箱体的一侧及上盖上各开有一个光束入射窗，其中光束入射窗的窗口装有玻璃，且玻璃四周与其周边密封，光束入射窗的周边上设有光源座，在箱体内的上部的左右箱壁上固定有一水平挂杆，箱体正面的箱壁为一透明材料板；B、光源置于光源座上；C、箱体内的适当位置处装有光学元件。
所述光源涉及激光筒，激光筒的支架盘及锁紧螺母，其中支架盘上掏滑道，锁紧螺母置于滑道中，另一端卡住激光筒，在支架盘的一边还设有与光源座配合的卡件。其激光筒最好为3支，相应地锁紧螺母亦有3个，以较好地演示平行光等实验。
所述光源座为固定于光束入射窗两边并与光束入射窗构成一定间隙的卡板，支架盘的一边宽于支架盘，且该边与支架盘成直角并构成卡件。
所述挂杆上挂有分度盘，分度盘的周边标有角度标记，分度盘可沿NN＇向弯折，沿MM＇向略偏离中心处挖有狭缝，狭缝中插有平面镜，分度盘的上边沿向后弯折成挂钩，挂钩挂于挂杆上。
所述分度盘上还固定有一与挂钩平行的推拉杆，在箱体的相应位置还穿有一孔，推拉杆穿过该孔后伸出箱体外。
所述箱体的底板上还装有支架座，支架座上置有柱面凹凸面镜或组合棱镜。
在本实用新型中，箱体及箱体上面开设的光束入射窗的形状可能是矩形、圆形或其它形状，但均为矩形为宜。
本套多功能几何光学演示器具有以下显著特点1、利用激光作光源光束为直径2-3毫米的单色红光，色彩鲜艳、亮度高、光束细，平行度好，可看成近似的光线。用三节五号电池作电源，使用方便，寿命长。
2、用三只激光筒安装在光源盘上，三束光可独立调控，既可演示平行光束入射，也可模拟点光源发出的几束光。
3、光路显示方法利用光路显示箱显示光路。箱子除下面嵌玻璃，其余各面均不透光，箱内外亮度反差大；又在箱中施放适量烟雾或在水中放入少许悬浮微粒作漫反射介质，不需光屏就可观察到鲜艳、明亮，具有立体感的光路。
4、功能多用该套仪器再配合普通透镜，可完成光的反射定律、折射定律、凹凸面镜对光的作用。透镜对光的作用的研究；粗略测定水的折射率，望远镜、显微镜的成像光路等初、高几何光学实验。
图1是本实用新型光路显示箱的立体示意图。图2是光路显示箱的俯视图。图3是图2的A-A剖视图。图4是图2的B-B剖视图。图5是光源支架盘放大后的俯视图。图6是图5的C向视图。图7是图5的D-D剖视的放大图。图8是激光筒的电路图。图9是分度盘放大后的正视图。
图10是图9的E向示图。
图11是分度盘弯折状态示意图。
图12是柱面凹凸面镜的立体示意图。
图13是组合棱镜之一的侧视图。
图14是组合棱镜之二的侧视图。
图15是棱镜支架的正视图。
图16是支架座的剖视图。
图17是光的折射和全反射光路图。
图18是凸透镜的三条特殊光线光路图。
以下结合附图对本实用新型做进一步描述。
如
图1、图2、图3和图4，一种多功能几何光学演示器所涉及的光路显示箱的结构包括一个由薄铁板压焊而成的带可开启的上盖2的矩形箱体1，箱体1周边与箱底密封，在箱底的左侧、箱体1的右侧壁及上盖2上各开有一个矩形光束入射窗3、4和5，每个光束入射窗的窗口装有玻璃，且玻璃四周与窗口周边密封，窗口周边还设有光源座6，在箱体1内的上部的左右箱壁上还固定有一水平挂杆9，箱体1正面的箱壁为嵌于箱体1上的一块玻璃。
所述光源座6为固定于光束入射窗3、4和5两边并与光束入射窗3、4和5构成一定间隙的卡板。
在箱体1上部左侧壁上还开有一小孔、箱体1底部装有排水阀。
如图5、图6、图7和图8，所述的置于光源座6上的光源的具体结构是在一个支架盘7上掏有滑道，滑道上置有3个可沿滑道移动的锁紧螺母13，每个锁紧螺母13上卡有激光筒11，激光筒还可通过调节锁紧螺母13在支架盘7上转动，在支架盘7的下边还设有与光源座6配合的卡件10，且卡件10宽于支架盘7并与支架盘7成直角。
所述激光筒11的构造是在一个壳体尾部装有激光二极管17、凸透镜19，在激光二极管17和凸透镜19之间还装有弹簧18，在凸透镜19前面还装有聚焦调节螺母20，在壳体前端部设有端盖21。
在支架盘7上还设有激光二极管17的接线柱12。
激光筒11的电路工作原理是，在一个直流电路中，并联有三支激光筒11，激光筒11与电路之间、设有一个三联开关。在本实例中，由接线柱12代替了三联开关的作用。
如图9、
图10和
图11，所述的分度盘8的圆周上标有角度标记，分度盘8可沿NN＇向弯折，沿MM＇向略偏离中心处挖有狭缝14，狭缝14中可插入平面镜，分度盘8的上边沿向后弯折成挂钩16，挂钩16挂于挂杆9上。
在分度盘8上部还固定有一与挂钩16平行的推拉杆15，推拉杆15穿过箱体1右侧上部的小孔后伸出箱体1外。
在箱体1的底板上还可放置一个如
图16所示的支架座26，
图12所示柱面凹凸面镜22可插入支架座26中。支架座26上还可装上
图15所示支架25后，再将
图13或
图14所示组合棱镜置于支架25的叉口上。
这种多功能几何光学演示箱可演示下列光学实验1、演示光的反射及验证光的反射定律在分度盘8的平面镜插孔14中插入平面镜，将分度盘8挂在分度盘挂杆9上，推拉杆15从箱左壁小孔穿出；向箱内喷入适量烟雾，盖好箱盖2。将光源盘7装在光束入射窗3上，接通一支激光筒电源，调节锁紧螺母13，使激光筒发出的红色激光束以一定角度沿分度盘8射到平面镜上，调节推拉杆15，使NN＇为法线，便可观察反射光和入射光的光路。将分度盘8的右半边从挂杆9上取下，将右边向前弯折，反射光被挡住；再向后弯折，反射光又出现但并不在右半边的平面上。于是得出反射光、入射光、法线三线共面的结论；将分度盘右边挂回挂杆恢复成同一平面，便可读出反射角、入射角，得出反射角等于入射角的结论。
2、研究光的折射定律装置同上，从平面镜插孔14上取下平面镜，向箱内注水至分度盘MM＇处。在水中放入适量荧光粉或其他悬浮微粒，水面上喷少许烟雾。让一支激光筒发出一束激光从窗口3沿分度盘8斜射向水面，在水面同时发生反射和折射。此时可见清晰的反射、折射光路。移动分度盘8使NN＇为法线，可读出折射角、反射角、入射角；再弯折分度盘8右半边进行观察。可得出光从空气中射入水中的折射规律。由n=sini/sinr还可粗略算出水的相对折射率。
将光源盘7从窗口3取下，装在窗口4上，让一束光从水中射向水面，可研究光从水中射入空气中时的折射规律。
让三只激光筒同时发光，调节光束方向，一束光垂直于水面射向空气中，一束入射角小于48.7°(48.7°为水的临界角)，一束入射角大于48.7°，如
图17。则同时观察到垂直界面入射、全反射的情形，并跟一般折射进行对比。
3、演示球面镜对光的作用打开排水阀，排尽箱内的水。将柱面凹凸镜22固定在支架座26上，放入箱内，调整高度使其中心与窗口5的中心同高，在箱内喷入适量烟雾，盖好箱盖将光源盘7安装在窗口5上，调节两只激光筒位置和方向，让两束激光平行地射到凹面或凸面镜上，可观察到完整的光路，看见球面镜对光的作用。
4、研究透镜对光的作用装置同3，将球面镜换成透镜，调节其高度和位置，让两束激光平行地射向透镜，可观察到透镜对平行光的作用。让三只激光筒同时发光，调节三束光的方向和透镜的位置，让一束光平行于主轴，一束过焦点、一束过光心(沿主轴)射入透镜。如
图18，便可同时观察到透镜的三条特殊光路，这对学生掌握透镜成像的光路图有很大作用。
5、研究棱镜对光的折射装置同4，拿去透镜将棱镜放在支架25上固定在支架座26上放入箱中适当的位置。让一束光从右方射入，可见光向棱镜底边偏折。将组合棱镜23或24放在支架25上代替单个棱镜，让两束平行光射向组合棱镜，观察它对平行光的作用，可解释凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。
6、利用两凸透镜配合，还可演示显微镜、望远镜的光路。
权利要求1.一种多功能几何光学演示器，涉及光路显示箱，光源，其特征在于A、所述光路显示箱为一个带可开启的上盖(2)的箱体(1)，箱体(1)周边与箱底密封，在箱底、箱体(1)的一侧及上盖(2)上各开有一个光束入射窗(3、4、5)，其中光束入射窗(4、5)的窗口装有玻璃，且玻璃四周与其周边密封，光束入射窗(3、4、5)的周边上设有光源座(6)，在箱体(1)内的上部的左右箱壁上固定有一水平挂杆(9)，箱体(1)正面的箱壁为一透明材料板；B、光源置于光源座(6)上；C、箱体(1)内的适当位置处装有光学元件。
2.根据权利要求1所述的多功能几何光学演示器，其特征在于所述光源涉及激光筒(11)，激光筒(11)的支架盘(7)及锁紧螺母(13)，其中支架盘(7)上掏滑道，锁紧螺母(13)置于滑道中，另一端卡住激光筒(11)，在支架盘(7)的一边还设有与光源座(6)配合的卡件(10)。
3.根据权利要求2所述的多功能几何光学演示器，其特征在于所述激光筒(11)为3支，相应地锁紧螺母亦有3个。
4.根据权利要求2所述的多功能几何光学演示器，其特征在于所述光源座(6)为固定于光束入射窗(3、4、5)两边并与光束入射窗(3、4、5)构成一定间隙的卡板，支架盘(7)的一边宽于支架盘(7)，且该边与支架盘(7)成直角并构成卡件(10)。
5.根据权利要求1所述多功能几何光学演示器，其特征在于挂杆(9)上挂有分度盘(8)。分度盘(8)的圆周上标有角度标记，分度盘(8)可沿NN＇向弯折，沿MM＇向略偏离中心处挖有狭缝(14)，狭缝(14)中插有平面镜，分度盘(8)的上边沿向后弯折成挂钩(16)，挂钩(16)挂于挂杆(9)上。
6.根据权利要求5所述的多功能几何光学演示器，其特征在于分度盘(8)上还固定有一与挂钩平行的推拉杆(15)，在箱体(1)的相应位置还穿有一孔，推拉杆(15)穿过该孔后伸出箱体(1)外。
7.根据权利要求1所述的多功能几何光学演示器，其特征在于在箱体(1)的底板上还装有支架座(26)，支架座(26)上置有柱面凹凸面镜(22)或组合棱镜(23、24)。
专利摘要本实用新型涉及一种多功能几何光学演示器，其主要技术特征是在一个光路显示箱上置有激光光源，在箱体内置有可演示多种光学实验的光学元件及其装置，所述箱体四周与箱底密封，上盖可开启，在上盖、箱底及箱体右侧壁上开有光束入射窗，窗口上装有玻璃，窗口外侧设有光源座，箱体正面装有可观察箱体内光路的玻璃。
文档编号G09B23/00GK2447879SQ00244699
公开日2001年9月12日 申请日期2000年10月17日 优先权日2000年10月17日
发明者唐步明 申请人:唐步明