一种光的反射空间立体关系演示器的制作方法

本实用新型属于物理教学用具领域，尤其涉及一种光的反射空间立体关系演示器。

背景技术：

目前，教学中用于演示光的反射原理的教学用具，仅含有一个用于模拟入射光线的激光笔，无法显示出法线，因而无法演示出入射角和反射角的等量关系；反射面为水平面，固定不动，无法调整反射面，难以示范出不同的反射面的情况下是否遵循光的反射原理；激光笔在空气中无法显示出光路，只能看到一个投射出来的圆点。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种光的反射空间立体关系演示器。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种光的反射空间立体关系演示器，其特征在于：包括一个透明无顶盖的箱体1、穿过箱体1后侧壁的一个可绕自身中心轴线旋转的水平的转轴2、用于支撑转轴的转轴支撑架12、与转轴2固定连接的平面镜固定板3、与转轴2固定连接的法线固定杆、与转轴2固定连接的量角器10、可绕转轴2的中心轴线旋转的入射光线固定杆、固定在平面镜固定板3上的平面镜4、固定在法线固定杆上的第一激光笔53、固定在入射光线固定杆上的第二激光笔63、放置在箱体1中的烟雾发生器8、用于吹散烟雾的风扇9、放置在箱体1中的潜望镜模型7；

所述转轴2上设置有螺纹，转轴2上的螺纹处螺纹连接有螺母；

所述的入射光线固定杆一端具有一个通孔，所述入射光线固定杆通过通孔安装在转轴2上，通孔与转轴2间隙配合；

量角器10与箱体1后侧壁之间从前至后依次是法线固定杆、入射光线固定杆、螺母；

所述平面镜4的反射面与量角器10的零刻度线重合；

所述第一激光笔53和第二激光笔63颜色不同；第一激光笔53和第二激光笔63均指向转轴2；第一激光笔53和第二激光笔63在同一平面上；所述第一激光笔53的射出光线与入射光线重合，第二激光笔63的射出光线经过第一激光笔53的射出光线与平面镜的交点。

较优的，上述转轴2通过轴承11安装在箱体1后侧壁上和转轴支撑架上。

较优的，上述法线固定杆包括互相垂直并固定连接的法线固定竖杆51和法线固定横杆52，所述第一激光笔53固定在法线固定横杆62上；所述入射光线固定杆包括互相垂直并固定连接的入射光线固定竖杆61和入射光线固定横杆62，所述第二激光笔63固定在入射光线固定横杆62上；所述入射光线固定竖杆的长度＞法线固定竖杆的长度＞量角器的半径。

较优的，上述光的反射空间立体关系演示器还包括放置在箱体中的垂直平面镜组合模型13；所述垂直平面镜组合模型包括两个互相垂直并且一边相交的矩形平面镜。

较优的，上述光的反射空间立体关系演示器还包括动力机构，所述动力机构包括电机、大齿轮以及小齿轮，所述电机的输出轴与小齿轮的中心轴固定连接，所述大齿轮和小齿轮啮合，所述小齿轮的中心轴与转轴2伸出箱体的一端固定连接。

本实用新型与现有技术相比，其有益之处在于：（1）本实用新型能将反射现象中的入射光线、反射光线、法线三者的空间立体关系形象的展示出来，而且能够在立体空间中探究光的反射定律，模拟光的现象更为科学、生动和有趣。第一激光笔用于演示法线，第一激光笔始终与平面镜保持垂直；第二激光笔用于演示入射光线和反射光线；（2）转轴可以旋转，固定在转轴上的量角器、第一激光笔、平面镜等都随转轴旋转，可以调整反射面的角度，演示出不同反射面的情况是否遵循光的反射原理；（3）烟雾发生器的设置，利用光的散射显现出激光笔的光路，便于直观的观察；风扇可以迅速的将烟雾分散到箱体中，也可以调整箱体中的烟雾量，也可以在实验完毕后，将烟雾从箱体中清除。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图；

图2是图1的右视图。

其中：1-箱体，2-转轴，3-平面镜固定板，4-平面镜，51-法线固定竖杆，52-法线固定横杆，53-第一激光笔，61-入射光线固定竖杆，62-入射光线固定横杆，63-第二激光笔，7-潜望镜模型，8-烟雾发生器，9-风扇，10-量角器，11-轴承，12-转轴支撑架，13-垂直平面镜组合模型。

具体实施方式

以下参照图1至图2，给出本实用新型的具体实施方式，用来对本实用新型做进一步说明，但本实用新型不限于以下所描述的具体实施例。

如图1和2，一种光的反射空间立体关系演示器，包括一个透明无顶盖的箱体1、穿过箱体1后侧壁的一个可绕自身中心轴线旋转的水平的转轴2、用于支撑转轴的转轴支撑架12、与转轴2固定连接的平面镜固定板3、与转轴2固定连接的法线固定杆、与转轴2固定连接的量角器10、可绕转轴2的中心轴线旋转的入射光线固定杆、固定在平面镜固定板3上的平面镜4、固定在法线固定杆上的第一激光笔53、固定在入射光线固定杆上的第二激光笔63、放置在箱体1中的烟雾发生器8、用于吹散烟雾的风扇9、放置在箱体1中的潜望镜模型7。

箱体的材料为透明有机玻璃，截取有机玻璃板，制成长60cm，宽30cm，高50cm的一个透明箱子，箱体呈长方体，以箱体的任一一个侧壁为后侧壁。

所述转轴2通过轴承11安装在箱体1后侧壁上和转轴支撑架上。

所述转轴2上设置有螺纹，转轴2上的螺纹处螺纹连接有螺母；量角器10与箱体1后侧壁之间从前至后依次是法线固定杆、入射光线固定杆、螺母。

所述的入射光线固定杆一端具有一个通孔，所述入射光线固定杆通过通孔安装在转轴2上，通孔与转轴2间隙配合；这样，旋转入射光线固定杆时不受螺纹限制，入射光线固定杆可绕轴随意旋转，旋转到一个合适的角度后，旋紧螺母，可将入射光线固定杆固定住使其不再随意摆动。

所述平面镜4的反射面与量角器10的零刻度线重合；

所述第一激光笔53和第二激光笔63颜色不同；第一激光笔53为绿色，第二激光笔63为红色，第一激光笔53和第二激光笔63均指向转轴2；第一激光笔53和第二激光笔63在同一平面上；所述第一激光笔53的射出光线与入射光线重合，第二激光笔63的射出光线经过第一激光笔53的射出光线与平面镜的交点。

所述法线固定杆包括互相垂直并固定连接的法线固定竖杆51和法线固定横杆52，所述第一激光笔53固定在法线固定横杆62上；所述入射光线固定杆包括互相垂直并固定连接的入射光线固定竖杆61和入射光线固定横杆62，所述第二激光笔63固定在入射光线固定横杆62上；所述入射光线固定竖杆的长度＞法线固定竖杆的长度＞量角器的半径。这样，当旋转入射光线固定竖杆时，不会受到法线固定竖杆的影响。

所述潜望镜模型为潜望镜拆解模型，便于观察光线在模型中的反射路径。

所述光的反射空间立体关系演示器还包括放置在箱体中的垂直平面镜组合模型；所述垂直平面镜组合模型包括两个互相垂直并且一边相交的矩形平面镜。

由于平面镜固定板、法线固定杆等均设置在转轴上，平面镜固定板、法线固定杆在重力作用下会带动转轴向下翻转，需要人手时刻固定住转轴，实验时操作时极为不方便，因此，本实用新型的量角器优选圆形量角器，这样可以平衡平面镜固定板、法线固定杆以及量角器的上半部分的重力，另外，本实施例还增加包括动力机构用于固定和驱动转轴，所述动力机构包括电机、大齿轮以及小齿轮，所述电机的输出轴与小齿轮的中心轴固定连接，所述大齿轮和小齿轮啮合，所述小齿轮的中心轴与转轴2伸出箱体的一端固定连接。

本实用新型可模拟以下现象：

（1）光的反射现象中反射光线、入射光线分居法线两侧；

（2） 光的反射现象中反射光线、入射光线、法线在同一平面内；

（3）光的反射现象中反射角等于入射角；

（4）光的反射现象中光路可逆；

（5）不同角度的反射面，（1）-（4）的现象是否成立；

（6）互相垂直的两块平面镜对光的反射现象及特点；

（7）光通过潜望镜的反射现象及特点。

本实用新型的使用方法：

1.将本实用新型放置在水平桌面上，打开绿色的第一激光笔53，调整绿色第一激光笔53的入射光线和反射光线重合，用绿色激光模拟法线。

2.打开红色的第二激光笔63，调整第二激光笔63的入射点在法线与镜面的交点位置。

3.打开烟雾发生器，稍等一分钟，等烟雾均匀分布，如需烟雾快速扩散，可将风扇打开，使烟雾迅速的分散到箱体中，如果烟雾量太多，可以继续打开风扇将烟雾部分吹散。

4.多次左右转动入射光线固定竖杆，调节入射光线和法线的夹角，观察反射光线和入射光线、法线的位置关系。得出结论：反射光线和入射光线分居法线的两侧。

5.固定入射光线和法线。缓慢旋转透明的有机玻璃箱子，全班同学一起观察，反射光线、入射光线、法线的空间立体关系。得出结论：反射光线、入射光线、法线在同一平面内。

6.多次调整入射角，测量反射角和入射角的大小。得出结论：反射角等于入射角。

7.用第三只激光笔发出一束黄色的激光逆着红色的反射光线的方向入射到入射点，观察反射光线的径迹。得出结论：反射现象中光路可逆。

8.绿色激光以任意的角度入射到垂直平面镜组合模型上，观察光的反射现象。得出结论：最后一条反射光线和第一条入射光线互相平行。

9.让一束黄色激光射入拆解潜望镜中观察光在潜望镜中的反射现象。得出结论：光线在两个小平面镜上反射，从物镜入口射入，从目镜出口射出，最后一条反射光线和第一条入射光线平行。

10.实验完毕，可打开风扇将烟雾快速吹散。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。