一种测定玻璃折射率实验仪的制作方法

本发明涉及一种教学仪器，具体涉及一种测定玻璃折射率实验仪。

背景技术：

测定玻璃折射率是高中物理光学部分的一个重要的实验，它主要是通过测出一光束的入射角角度和光束通过玻璃折射后的折射角角度，从而计算出玻璃的折射率。目前，在高中教学中所使用的测量玻璃折射率的常用方法是插针法测玻璃折射率，在插针法中的细针只能全凭手感插入木板中，很可能会因为细针不能竖直插入木板而造成一定实验误差，且不能同时读出角度，在之后画线过程中又会造成一定误差，甚至有些学生以为后面两根针与法线的夹角就是折射角，直接用于计算，还问老师说为什么自己测的玻璃的折射率总是等于1，不利于直观地进行实验教学，容易出错。

技术实现要素：

为了减少插针法测玻璃折射率时存在的一些不必要的误差，且让学生在课堂教学中可以轻松掌握玻璃折射率的测量方法，本发明提供了一种测定玻璃折射率实验仪，按照本发明所提供的设计方案，可以实现银针垂直于木板且可左右移动，还可以直接读出入射角和折射角的度数，同时操作简单且易于教学，本发明解决其技术问题所采用的方案主要有以下几点。

1、本发明提供的一种测定玻璃折射率实验仪，主要由银针、第一固定螺母、第一指针臂、固定螺丝、螺丝孔、铁夹片、玻璃砖、倒“t”字形槽、底座、固定轴、指针盘、燕尾夹、指针、针槽、针套、条形针座、固定螺钉、半圆弧形空槽、刻度盘、限位孔、圆柱形针座、限位柱、中心圆轴、固定圆柱、第二指针臂、转轴孔、调节螺栓组成，其中所述的针套是可以独立取下的，针套的长度比刻度盘半径小，针套的两端为尖细箭头状，中间为一个细长的针槽，仅适合银针插入，插入针槽的两根银针与两端箭头尖端在同一直线上，所述的刻度盘中间的限位孔套在指针盘的限位柱上，再用固定螺钉把铁夹片和刻度盘固定在指针盘的两个内螺纹固定圆柱上面，让指针盘的指针和第一指针臂上的第一固定螺母露在刻度盘上面，所述的指针盘下面中间有一固定转轴（未画出），转轴上有不同高度的环形凹槽，指针盘下面的固定转轴插入底座的转轴孔就能使指针盘带动刻度盘保持静止或360度任意转动，方便实验操作，所述玻璃砖放置时透光边与刻度盘标出的90度线平齐，玻璃砖两端由铁夹片夹住，根据玻璃砖的厚度用固定螺丝选择铁夹片上合适的螺丝孔把铁夹片与刻度盘固定，防止玻璃砖移动而造成误差，所述铁夹片下面内嵌橡皮，以防止铁夹片刮花玻璃砖，起到保护玻璃砖的作用。

2、所述的圆形刻度盘上面四个象限都标注了0度至90度的角刻度，横向中心轴为90度线，也是玻璃砖对准的起始线，纵向中心轴为0度线，也是光路中的法线，刻度盘的上半部分中间有两个半圆弧形空槽，便于圆柱形针座在中间运动，刻度盘的中间有绕中心均匀分布的三个限位孔，套在限位柱上可以保证刻度盘的中心与两指针臂的转动中心在同一直线上，刻度盘的下半部分靠近横向中心轴位置有一排螺丝孔，两边的螺丝孔用于固定刻度盘，中间的螺丝孔用于固定玻璃砖，刻度盘的下半部分中间有两个长的倒“t”字形槽，每个倒“t”字形槽中有一个条形针座，针座的竖直针孔内壁上有一层分布均匀的硅胶圈，银针1能竖直插入其中，并保持固定竖直状态，针座与倒“t”字形槽间摩擦力大，要移动银针时，需用指尖推动针座。

3、所述的指针盘中间有一固定的中心圆轴，中心圆轴顶部有三个固定的限位柱，限位柱的直径与刻度盘的限位孔直径相对应，限位柱的高度比刻度盘的限位孔的高度小，第一指针臂和第二指针臂是轻质铝合金材质，它们的末端都水平嵌套在中心圆轴上，受力作用时能绕中心圆轴转动，第一指针臂在下，它上面有两个固定的圆柱形针座，圆柱形针座的间距与刻度盘上的半圆弧形空槽的间距是一样的，圆柱形针座的高度低于刻度盘的上表面，圆柱形针座的竖直针孔内壁上也有一层分布均匀的硅胶圈便于固定银针，第一指针臂的另一端超过刻度盘边缘向上弯折，靠第一固定螺母调节入射角的大小，第二指针臂在上，第二指针臂的另一端超过刻度盘边缘部位固定有两个燕尾夹，燕尾夹的高度高于刻度盘的上表面，指针是铝制的长片状，涂成红色，靠夹在两个燕尾夹上固定，可以控制燕尾夹使指针前后移动到合适的位置再夹紧，固定后指针与第二指针臂平行，且水平指向中心圆轴的轴心。

4、所述的底座底部是倒扣的圆盘，中央有一固定的固定轴，固定轴的侧面有调节螺栓，用来调节刻度盘的高度及转动的松紧度，固定轴的上端是中空的转轴孔，与指针盘下面转轴的尺寸相对应。

5、所述的指针和针套的两头尖端及边缘都粘有一层硅胶，起到保护玻璃砖的作用。

本发明的有益效果是：实验仪中的银针是直接插入竖直的针孔中，且针孔内壁上有硅胶圈使银针固定，因此减少了手动插针时因针不能完全竖直而带来的误差；结构简单，可360度旋转，方便学生操作，有利于直观地进行实验教学；不需要移动玻璃砖，只利用指针臂的移动可以直接在刻度盘上读出入射角和折射角，学生更容易理解实验原理，不容易出错。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2是本发明的刻度盘结构示意图，图3是本发明的指针盘结构示意图，图4是本发明的底座结构示意图，图5是本发明的光路原理图。

具体实施方式

本发明提供的一种测定玻璃折射率实验仪，不需要移动玻璃砖，只利用指针臂的移动可以直接在刻度盘上读出入射角和折射角，代入折射率公式，就能快速计算出玻璃折射率，改变入射角角度，可以进行多次测量，实验过程简单明了，学生更容易理解实验原理。

如图1至图4所示，本发明提供的一种测定玻璃折射率实验仪，主要由银针1、第一固定螺母2、第一指针臂3、固定螺丝4、螺丝孔5、铁夹片6、玻璃砖7、倒“t”字形槽8、底座9、固定轴10、指针盘11、燕尾夹12、指针13、针槽14、针套15、条形针座16、固定螺钉17、半圆弧形空槽18、刻度盘19、限位孔20、圆柱形针座21、限位柱22、中心圆轴23、固定圆柱24、第二指针臂25、转轴孔26、调节螺栓27组成，其中所述的针套15是可以独立取下的，针套15的长度比刻度盘19半径小，针套15的两端为尖细箭头状，中间为一个细长的针槽14，仅适合银针1插入，插入针槽14的两根银针1与两端箭头尖端在同一直线上，所述的刻度盘19中间的限位孔20套在指针盘11的限位柱22上，再用固定螺钉17把铁夹片6和刻度盘19固定在指针盘11的两个内螺纹固定圆柱24上面，让指针盘11的指针13和第一指针臂3上的第一固定螺母2露在刻度盘19上面，所述的指针盘11下面中间有一固定转轴（未画出），转轴上有不同高度的环形凹槽，指针盘11下面的固定转轴插入底座9的转轴孔26就能使指针盘11带动刻度盘19保持静止或360度任意转动，方便实验操作，所述玻璃砖7放置时透光边与刻度盘19标出的90度线平齐，玻璃砖7两端由铁夹片6夹住，根据玻璃砖7的厚度用固定螺丝4选择铁夹片6上合适的螺丝孔5把铁夹片6与刻度盘19固定，防止玻璃砖移动而造成误差，所述铁夹片6下面内嵌橡皮，以防止铁夹片6刮花玻璃砖7，起到保护玻璃砖7的作用。

所述的圆形刻度盘19上面四个象限都标注了0度至90度的角刻度，横向中心轴为90度线，也是玻璃砖对准的起始线，纵向中心轴为0度线，也是光路中的法线，刻度盘19的上半部分中间有两个半圆弧形空槽18，便于圆柱形针座21在中间运动，刻度盘19的中间有绕中心均匀分布的三个限位孔20，套在限位柱22上可以保证刻度盘19的中心与两指针臂的转动中心在同一直线上，刻度盘19的下半部分靠近横向中心轴位置有一排螺丝孔5，两边的螺丝孔5用于固定刻度盘19，中间的螺丝孔5用于固定玻璃砖7，刻度盘19的下半部分中间有两个长的倒“t”字形槽8，每个倒“t”字形槽8中有一个条形针座16，针座16的竖直针孔内壁上有一层分布均匀的硅胶圈，银针1能竖直插入其中，并保持固定竖直状态，针座16与倒“t”字形槽8间摩擦力大，要移动银针时，需用指尖推动针座16。

所述的指针盘11中间有一固定的中心圆轴23，中心圆轴23顶部有三个固定的限位柱22，限位柱22的直径与刻度盘19的限位孔20直径相对应，限位柱22的高度比刻度盘19的限位孔20的高度小，第一指针臂3和第二指针臂25是轻质铝合金材质，它们的末端都水平嵌套在中心圆轴23上，受力作用时能绕中心圆轴23转动，第一指针臂3在下，它上面有两个固定的圆柱形针座21，圆柱形针座21的间距与刻度盘19上的半圆弧形空槽18的间距是一样的，圆柱形针座21的高度低于刻度盘19的上表面，圆柱形针座21的竖直针孔内壁上也有一层分布均匀的硅胶圈便于固定银针，第一指针臂3的另一端超过刻度盘19边缘向上弯折，靠第一固定螺母2调节入射角的大小，第二指针臂25在上，第二指针臂25的另一端超过刻度盘19边缘部位固定有两个燕尾夹12，燕尾夹12的高度高于刻度盘19的上表面，指针13是铝制的长片状，涂成红色，靠夹在两个燕尾夹12上固定，可以控制燕尾夹12使指针13前后移动到合适的位置再夹紧，固定后指针13与第二指针臂25平行，且水平指向中心圆轴23的轴心。

所述的底座9底部是倒扣的圆盘，中央有一固定的固定轴10，固定轴10的侧面有调节螺栓27，用来调节刻度盘19的高度及转动的松紧度，固定轴10的上端是中空的转轴孔26，与指针盘11下面转轴的尺寸相对应。

所述的指针13和针套15的两头尖端及边缘都粘有一层硅胶，起到保护玻璃砖7的作用。

实验时，如图1所示，先将玻璃砖7的透光边αα＇与刻度盘19标出的90度线平齐，玻璃砖7两端用铁夹片6夹住，根据玻璃砖7的厚度用固定螺丝4选择铁夹片6上合适的螺丝孔5把铁夹片6与刻度盘19固定，使玻璃砖7不能移动，再把银针p1和p2插入所述的半圆弧形空槽18中的圆柱形针座21的针孔中，用一个针套15套在银针p1和p2上面，调节第一指针臂3，使这个针套15的位置移到指定入射角（本实施例中是45度），用第一固定螺母2固定，在刻度盘19的另一边把银针p3插入所述的第一个倒“t”字形槽8中的条形针座16的针孔中，用眼睛从p3观察调整视线，并用指尖推动这个针座16，使得p3同时挡住p1和p2，同样的，把银针p4插入所述的第二个倒“t”字形槽8中的条形针座16的针孔中，用眼睛从p4观察调整视线，并用指尖推动这个针座16，使p4同时挡住p1、p2和p3，实验原理光路图如图5所示，再将所述带有针槽14的另一个针套15套在p3和p4上，让这个针套15的一个尖端靠近玻璃砖7的透光边bb＇，用眼睛从p4观察调整视线，用铅笔在刻度盘19上标注出针套15的尖端与玻璃砖7的透光边bb＇的交点o＇，然后移动第二指针臂25，使红色指针13的尖端也对准透光边bb＇的点o＇，则指针13与折射光在同一条直线上，靠近燕尾夹12的红色指针13所指示的就是光通过玻璃的折射角，不用移动玻璃砖7，只需要调节第一指针臂3改变入射角θ1，重复上述操作，就可以进行多次测量，记录每次的入射角θ1和对应折射角θ2的大小，根据公式n=sinθ1/sinθ2算出玻璃的折射率，还可以更换玻璃砖7测出不同材质玻璃的折射率。

注意：因玻璃中的折射角小于空气中的入射角，为使实验现象明显，实验时选择的入射角不能太小也不能太大。