专利名称：光的折射规律探究实验用装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学用具，特别是一种物理现象的演示工具，具体地说是一 种光的折射规律探究实验装置，用于光的折射实验，以验证光的折射规律与光路的可逆性。
背景技术：
在人教版8年级物理教科书上册第二章第4节《光的折射》中，利用光从空气中斜 射入水发生的现象，探究了光的折射规律，书中只是给出了相应的图片，并未给出具体的实 验建议。传统的做法是参考书中的图片在水面上喷些烟雾，同时在水中滴几滴墨水，然后进 行光的折射实验。该实验手段操作复杂，且烟的浓度及来源、水中墨水的浓度以及实验场所 的亮度等因素，都会影响光路的清晰度，因此不能保证实验成功。
发明内容本实用新型要解决的技术问题，是提供一种光的折射规律探究实验装置，利用水 容器内的带标记背衬板，清晰显示光由空气斜射入水中的折射现象，并可以背衬板上的角 度刻度及角度值标记作为参照观察光的折射现象和折射规律。该装置组成简单，操作方便， 实验效果清晰、明了、直观，不受任何环境因素的影响，成功率100%。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是一种光的折射规律探究实验装置，包括两支激光笔、光的折射演示器，其中①所述激光笔前端设有圆柱型玻璃棒，玻璃棒的轴线与激光笔的轴线相垂直，玻 璃棒贴紧激光笔的光线发出口设置；②光的折射演示器包括水容器及背衬板，其中i.所述水容器为带有内部容腔的圆柱形结构，中心轴水平设置，该水容器包括前 壁、后壁与侧壁，其中位于前部的前壁为圆形平面状的透明结构；后壁为圆形平面状，设于 前壁后方且与前壁相隔IOmm以上距离平行设置；侧壁为透明结构，环前壁与后壁边缘且沿 水平方向延伸并与前壁、后壁联接为一体；ii.不透明防水背衬板固定设于容腔内近后壁的位置，与前壁、后壁相平行地竖 置，背衬板的近前壁一侧的端面上带有标记，所述标记包括相互交叉的竖向法线、水平界 面线，还包括环绕原点即法线与界面线交叉点所标记的角度刻度线及相应角度值，所述角 度刻度线及相应角度值于由法线与界面线相交所形成的四个象限内分别间隔标记为0 90°，其中法线处相应的角度值为0°，界面线处相应的角度值为90° ；实验时容腔内水面与界面线相平，界面线上下分别为空气与水两种介质。以上为本实用新型的基本结构，其中激光笔前端加玻璃棒，目的在于使激光笔发 出的光为沿玻璃棒径向的细条状；背衬板选择不透明结构可以衬托满足更为清晰明了更利 于观察光路，其上标记可方便入射角与折射角读数、对比；将水容器主体设计为圆柱形，可 方便实验时不断改变入射角的角度，将激光笔沿侧壁滑动即可。该装置用于①光的折射实 验时，首先将水容器正位后固定，使容腔内水面与界面相平，界面线上下分别为空气与水两种介质，为光的折射提供了基本条件；于侧壁处于法线一侧用激光束由空气向水中斜射，并 调整激光束经过入射点处于标记层的原点处，对比入射角与折射角的读数，并不断改变入 射角同时观察折射角的变化，结果证明当光由空气斜射入水中时，折射角总是小于入射角 偏向法线，入射角变小则折射角也随之变小；该装置用于②光路的可逆性实验时，由两人配 合实现，其中一人持激光笔于法线一侧将激光束由空气斜射入水中，并保持光束I的入射 角A不变；另一人持另一激光笔于法线另一侧将激光束II由水射向空气中，并调整入射角 B，可以观察到只有当光束II的入射光线沿着光束I的折射光线角度入射时，光束与光束II 才能够完全重合，说明光路是可逆的。本实用新型结构简单，操作方便，实验效果清晰、明 了、直观，不受任何环境因素的影响，成功率100%。作为本实用新型的优化，所述光的折射实验用装置还包括水容器支架，该支架为 用于将水容器悬空支撑于平台上的金属丝框架结构，其用于支撑水容器的部位为方形水平 框和支杆构成，所述支杆固定联接于方形水平框的四角处并向下延伸，所述方形水平框的 宽边小于水容器的直径，其窄边的长度略大于侧壁的厚度；方形水平框与支杆所围成区域 的上部为中空结构，中空结构的高度足以使水容器置于方形水平框内时水容器的侧壁与方 形水平框的短边相接触。本实用新型增设水容器支架，可方便水容器于实验台上的定位，水容器落于支架 内卡定，不倾不滚，进一步保证光路的可逆性实验环节无障碍地将光束由水中射入空气，从 保证实验方便快捷无干扰进行。作为本实用新型的另一种优化，所述标记为以下方式中的一种①背衬板上沿背衬板厚度方向延伸的镂刻凹陷层；②与背衬板一体成型的凸起层；③附着于背衬板前端面上的印刷层或喷涂层。标记的具体方式可以选择上述之一。作为本实用新型的第三种或进一步优化，所述角度刻度线及相应角度值以原点为 中心环状间隔均布。标记的这种分布方式，可以直观的读出入射角和折射角的度数。作为本实用新型的第四种优化，所述水容器为封闭型或带注水口兼放水口型，其 中封闭型即水容器在制作时装定量水封于容器内，带注水口兼放水口型即在水容器壁上设 有注水口兼放水口并配有相应的密封塞。以上为水容器的两种方式，封闭型水量一定以保证实验随时进行，容器密封要求 高，内腔中水一次注入终身使用；带注水口型是在实验前进行注水，随用随注随放，对容器 的密封要求不高。本实用新型还有一种优化，即所述玻璃棒为与激光笔一体式或分体式，其中一体 式即将玻璃棒固定设于激光笔前端，二者为一体式结构；分体式即本实用新型还包括激光 笔笔架，所述笔架带有通透的内孔式笔孔，所述笔孔与激光笔的外轮廓相匹配，玻璃棒设于 笔孔前端，固定于笔架上且沿笔孔径向设置。以上为激光笔与玻璃棒配合的两种方式，一体式激光笔专用于发出细条状光束 (比如用于光的折射实验中提供细条状光束)，需要对现有产品进行改进；分体式结构中的 激光笔与普通产品无异，只是用于本实验时与笔架配合使用即可。[0025]由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，所取得的技术进步在 于该装置组成简单，操作方便，实验效果清晰、明了、直观，不受任何环境因素的影响，成功 率 100%。本实用新型可用作光的折射与光路可逆性实验的实验装置，适于任何环境。本实用新型下面将结合说明书附图与具体实施例作进一步详细说明。
图1为本实用新型实施例中水容器的整体结构示意图；图2-4分别为图1所示实施例中水容器的前壁11、后壁12、侧壁13的结构示意 图；图5为本实用新型实施例中激光笔2与玻璃棒3间配合关系示意图；图6为本实用新型实施例中水容器1与水容器支架4间配合关系示意图；图7为图1所示实施例中背衬板5的主视图。图中1-水容器，2-激光笔，3-玻璃棒，4-水容器支架，5-背衬板，11-前壁，12-后 壁，13-侧壁，41-方形水平框，42-支杆，51-法线，52-界面线，531-角度值。
具体实施方式
实施例1图1-图6所示为一种光的折射规律探究实验装置，包括两支激光笔2、由一只水容 器1与背衬板5组成的光的折射演示器。其中①激光笔2的前端设有圆柱型玻璃棒3，玻璃棒3的轴线与激光笔2的轴线相垂 直，玻璃棒3贴紧激光笔2的光线发出口设置，如图5所示。玻璃棒3为与激光笔2间的关 系可以为一体式，也可以为分体式(一体式即将玻璃棒3固定设于激光笔2前端，二者为一 体式结构；分体式即另外配有激光笔笔架，该笔架带有通透的内孔式笔孔，笔孔与激光笔的 外轮廓相匹配，玻璃棒3设于笔孔前端，固定于笔架上且沿笔孔径向设置，当激光笔2推入 笔孔中时，玻璃棒3恰好紧贴于激光笔2的发光口处。)②水容器1为带有内部容腔的圆柱形结构，中心轴水平设置，包括前壁11、后壁12 与侧壁13。位于前部的前壁11为圆形平面状的透明结构；后壁12为圆形平面状，设于前 壁11后方且与前壁11相隔IOmm以上距离平行设置；侧壁13为透明结构，环前壁11与后 壁12边缘且沿水平方向延伸并与前壁11、后壁12联接为一体。③防水背衬板5设于内腔，为与内腔径向截面相应的圆片状，紧贴于后壁12的内 壁上并卡于侧壁13间。背衬板5上朝向前壁11的一面带有标记，标记可以为于背衬板5 上镂刻而成的凹陷层，也可以为与背衬板一体成型的凸起层，还可以是附着于背衬板5上 的印刷层或喷涂层。标记包括竖向法线51、水平界面线52，二者交叉于原点0处。法线51与界面线52 相交所形成的四个象限内还分别间隔标记有0 90°的角度刻度线及相应角度值53，角度 刻度线及相应角度值53以原点0为中心环状间隔均布。其中法线处51相应的角度值为 0°，界面线52处相应的角度值为90°。标记具体地可参照图7布置。实验时，容腔内水面与界面线52相平，界面线上下分别为空气与水两种介质。[0041 ] 该光的折射实验用装置还包括水容器支架4，该支架4为用于将水容器1悬空支撑 于平台上的金属丝框架结构，其用于支撑水容器1的部位为方形水平框41加支杆42的结 构，其中支杆42固定联接于方形水平框41的四角处并向下延伸；方形水平框41的宽边小 于水容器1的直径，其窄边略大于侧壁13的厚度；方形水平框41与支杆42所围成区域的 上部为中空结构，中空结构的高度足以使水容器1置于方形水平框41内时水容器1的侧壁 13与方形水平框41的短边相接触，即能卡于其中。水容器1可以为封闭型，也可以为带注水口兼放水口型。(注封闭型即水容器1 在制作时装定量水封于容器内；带注水口兼放水口型即在水容器1壁上设有注水口兼放水 口并配有相应的密封塞。)本实施例的使用方法如下①用于光的折射实验②首先将水容器正位后固定，使容腔内水面与界面相平(界面线上下分别为空气 与水两种介质)，于侧壁处于法线一侧用激光束由空气向水中斜射，并调整激光束经过入射 点处于标记层的原点处，对比入射角与折射角的读数，并将激光笔沿侧壁滑动不断改变入 射角的角度。改变入射角同时观察折射角的变化，结果证明当光由空气斜射入水中时折射 角总是小于入射角偏向法线，入射角变小则折射角也随之变小。③用于光路的可逆性实验由两人操作，其中一人持一支激光笔于法线一侧将激光束由空气斜射入水中，并 保持光束I的入射角A不变；另一人持另一支激光笔于法线另一侧将激光束II由水射向空 气中，并调整入射角B，可以观察到只有当光束II的入射光线沿着光束I的折射光线角度入 射时，光束与光束II才能够完全重合，说明光路是可逆的。本实用新型结构简单，操作方便，实验效果清晰、明了、直观，不受任何环境因素的 影响，成功率100%。
权利要求1. 一种光的折射规律探究实验用装置，其特征在于它包括两支激光笔、光的折射演 示器，其中①所述激光笔前端设有圆柱型玻璃棒，玻璃棒的轴线与激光笔的轴线相垂直，玻璃棒 贴紧激光笔的光线发出口设置；②光的折射演示器包括水容器及背衬板，其中1.所述水容器为带有内部容腔的圆柱形结构，中心轴水平设置，该水容器包括前壁、后 壁与侧壁，其中位于前部的前壁为圆形平面状的透明结构；后壁为圆形平面状，设于前壁后 方且与前壁相隔IOmm以上距离平行设置；侧壁为透明结构，环前壁与后壁边缘且沿水平方 向延伸并与前壁、后壁联接为一体； .不透明防水背衬板固定设于容腔内近后壁的位置，与前壁、后壁相平行地竖置，背 衬板的近前壁一侧的端面上带有标记，所述标记包括相互交叉的竖向法线、水平界面线，还 包括环绕原点即法线与界面线交叉点所标记的角度刻度线及相应角度值，所述角度刻度线 及相应角度值于由法线与界面线相交所形成的四个象限内分别间隔标记为0 90°，其中 法线处相应的角度值为0°，界面线处相应的角度值为90° ；实验时容腔内水面与界面线相平，界面线上下分别为空气与水两种介质。
2.根据权利要求1所述的光的折射实验用装置，其特征在于所述光的折射实验用装 置还包括水容器支架，该支架为用于将水容器悬空支撑于平台上的金属丝框架结构，其用 于支撑水容器的部位为方形水平框和支杆构成，所述支杆固定联接于方形水平框的四角处 并向下延伸，所述方形水平框的宽边小于水容器的直径，其窄边的长度比侧壁的厚度稍大； 方形水平框与支杆所围成区域的上部为中空结构，中空结构的高度足以使水容器置于方形 水平框内时水容器的侧壁与方形水平框的短边相接触。
3.根据权利要求1所述的光的折射规律探究实验用装置，其特征在于所述标记为以 下方式中的一种①背衬板上沿背衬板板厚方向延伸的镂刻凹陷层；②与背衬板一体成型的凸起层；③附着于背衬板前端面上的印刷层或喷涂层。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的光的折射规律探究实验用装置，其特征在于所 述背衬板为与内腔相适配的圆片形，所述的角度刻度线及相应角度值以原点为中心环状间 隔均布。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的光的折射规律探究实验用装置，其特征在于所 述水容器为封闭型或上带注水口兼放水口型，其中封闭型即水容器在制作时装定量水封于 容器内，带注水口兼放水口型即在水容器壁上设有注水口兼放水口并配有相应的密封塞。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的光的折射规律探究实验用装置，其特征在于所 述玻璃棒为与激光笔一体式或分体式，其中一体式即将玻璃棒固定设于激光笔前端，二者 为一体式结构；分体式即本实用新型还包括激光笔笔架，所述笔架带有通透的内孔式笔孔， 所述笔孔与激光笔的外轮廓相匹配，玻璃棒设于笔孔前端，固定于笔架上且沿笔孔径向设 置。
7.根据权利要求4所述的光的折射规律探究实验用装置，其特征在于所述水容器为 封闭型或带注水口兼放水口型，其中封闭型即水容器在制作时装定量水封于容器内，带注水口兼放水口型即在水容器壁上设有注水口兼放水口并配有相应的密封塞。
8.根据权利要求4所述的光的折射规律探究实验用装置，其特征在于所述玻璃棒为 与激光笔一体式或分体式，其中一体式即将玻璃棒固定设于激光笔前端，二者为一体式结 构；分体式即本实用新型还包括激光笔笔架，所述笔架带有通透的内孔式笔孔，所述笔孔与 激光笔的外轮廓相匹配，玻璃棒设于笔孔前端，固定于笔架上且沿笔孔径向设置。
9.根据权利要求5所述的光的折射规律探究实验用装置，其特征在于所述玻璃棒为 与激光笔一体式或分体式，其中一体式即将玻璃棒固定设于激光笔前端，二者为一体式结 构；分体式即本实用新型还包括激光笔笔架，所述笔架带有通透的内孔式笔孔，所述笔孔与 激光笔的外轮廓相匹配，玻璃棒设于笔孔前端，固定于笔架上且沿笔孔径向设置。
专利摘要本实用新型公开了一种光的折射规律探究实验用装置，包括激光笔、由水容器及背衬板组成的光的折射演示器，其中激光笔前端发光口处设有轴线与激光笔的轴线相垂直的圆柱型玻璃棒；圆柱形水容器的前壁与侧壁为透明结构，防水背衬板竖置于水容器的容腔内并标注有法线、界面线以及相应的角度刻度线及角度值，容腔内用于盛装水量与界面线相平的水，以于容器内形成两种介质的界面进一步用于光的折射演示。本实用新型结构简单，操作方便，实验效果清晰、明了、直观，不受任何环境因素的影响，成功率100％，可用作探究光的折射现象、光的折射变化规律与光路可逆性实验的实验装置，适于任何环境。
文档编号G09B23/22GK201897899SQ201020651149
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者任丽娟, 潘乐, 王萌, 秘洪生, 马剑 申请人:王萌