专利名称：多功能光学实验组合箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物理学实验仪器领域，确切地说是多功能光学实验组合箱。
当前各大学和中学光学实验仪器，大都使用江苏师范学院仪器厂生产的光学实验组合教具箱，它的光源采用8.75mm电影机放映灯泡，12V，50W的强光源，但实验不在暗箱中进行，虽在较强光照下做实验，实验光线可见度低，内部铸铁支架，因而体积大，重量达25公斤，成本较高，同时，还不能做水中折光试验，且每个实验都需重新组合装配，操作麻烦，存在着诸多不足之处；有的教学仪器，只能做一项光学实验。
本实用新型的目的是要提供一种多功能光学实验组合箱，旨在克服现有仪器的不足，提供光的直线传播，验证光的反射和折射定律，光的发散和会聚作用等十项实验，同时，具有在水中光的全反射实验等功能。
本实用新型的目的是这样实现的一种多功能光学实验组合箱，主要由箱体、刻度盘、电池，红色有机玻璃棒、小灯泡、光源盒、开关、大传动轮、中轴、平行光源，小传动轮、传动轴和透明有机玻璃面板构成，箱体(1)的底板、侧面板、背板和上盖是由不透明塑料注塑而成，上盖可以自由打开和盖合，箱体(1)的正面是用透明有机玻璃面板(18)粘结而成，形成不漏水的箱体(1)；刻度盘(3)用白色塑料板或铝板制成，上面有刻度线，可以读出角度大小，刻度盘(3)的中心点周围有四个相对称的小孔(24)，以备插入各种镜片，刻度盘(3)由螺钉固定在中轴(12)上，中轴(12)由螺钉固定在箱体(1)的背板上，大传动轮(11)空套在中轴(12)上，在大传动轮(11)两侧的中轴(12)台阶上，有垫片(13a、13b)，垫片(13)与中轴(12)固定连接，垫片(13)使大传动轮(11)在中轴(12)上定位，可以自由转动，但不能前后移动；光源盒(8)和支架(10)由螺钉固定连接，支架(10)与大传动轮(11)由螺钉固定连接，小传动轮(15)与传动轴(17)是固定连接，传动轴(17)穿过箱体(1)背板上的轴套是动连接，传动轴(17)和旋钮(16)由螺钉固定连接，压簧(20)空套在传动轴(17)上，压簧(20)在小传动轮(15)和箱体(1)的背板之间是活动接触，压簧(20)和旋钮(16)使小传动轮(15)定位，小传动轮(15)压紧大传动轮(11)，用手转动旋钮(16)，传动轴(17)即带动小传动轮(15)转动，小传动轮(15)通过压紧摩擦力带动大传动轮(11)转动，大传动轮(11)带动支架(10)转动，支架(10)带动光源盒(8)围绕刻度盘(3)的周围旋转。
光源盒(8)中三只小灯泡(7a、7b、7c)和小灯泡支架(22)螺纹连接，小灯泡支架(22)用螺钉和支架(10)以及光源盒(8)固定连接在一起；电池组(4)正极通过导线与中轴(12)接通，中轴(12)、垫片(13b)弹片(21)和支架(10)均为金属件，因而正极电流通过中轴(12)、垫片(13b)、弹片(21)、支架(10)和小灯泡支架(22)与三只小灯泡(7a、7b、7c)接通。电池组(4)负极通过导线接开关(9a)，经开关(9a)后，由导线穿过中轴(12)上钻的孔，进入刻度盘(3)和支架(10)之间，在中轴(12)上绕两圈，(因为做实验时，光源盒(8)要围绕刻度盘(3)旋转，导线在中轴(12)上绕两圈有720°，可以有旋转的自由度。)再沿着支架(10)进入光源盒(8)内，焊接在小灯泡(7a、7c)下端的焊锡触点上，闭合开关(9a)，小灯泡(7a、7c)可正常发光，导线外有绝缘层。电池组(4)负极用另一根导线，经开关(9b)，以上述同样途径接通小灯泡(7b)，闭合开关(9b)，小灯泡(7b)可正常发光，光源盒(8)由塑料注塑而成，向心面为透光有机玻璃板(19)，要求密封不透水，中间三只小灯泡(7)，分别相对装有三根红色玻璃棒(6a、6b、6c)，当小灯泡(7)发出白炽光后，通过红色玻璃棒(6)折射成为三条平行的红色的既细又亮的光线，这三条光线通过透光有机玻璃板(19)，以供做实验时用。
平行光源(14)由球面反射镜和小灯泡组成，小灯泡发出的白炽光反射成近似平行光柱，以供实验时用，由开关(9c)控制平行光源(14)。
上述电路是开关(9a)控制小灯泡(7a、7c)，开关(9b)控制小灯泡(7b)，开关(9c)控制平行光源(14)。
当使用本实用新型做实验时1、光的直线传播闭合开关(9b)，小灯泡(7b)发光，通过红色有机玻璃棒(6b)折射成红色线形光线，穿过透光有机玻璃板(19)射出来，在白色刻度盘(3)上出现一条直的红色光线，再闭合开关(9a)，小灯泡(7a、7c)发光，这时，刻度盘(3)出现三条直的红色光线，证明三条光线都是沿直线传播的，如图6所示，再燃点一盘蚊香，箱体空间可见三条直的红色光线。
2、验证光的反射定律将平面镜(
图15中的a镜)的两只脚插入刻度盘(3)上的小孔(24)，转动旋钮(16)，使光源盒(8)绕刻度盘转到适当位置，如图9所示，闭合开关(9b)，一条红色光线从光源盒(8)中射出，照射到平面镜上，而被平面镜反射，在刻度盘(3)上出现红色明亮的入射光线和反射光线，从刻度盘(3)上读出入射角α和反射角β的角度相等，∠α＝∠β，继而转动旋钮(16)改变光源盒(8)的位置，入射角α随着改变度数，反射角β也随着入射角α的改变而改变，但是，α始终等于β，因而证明了光的反射定律。
3、验证光的折射定律打开箱体(1)上盖，注入清水，如图7所示，水面上升到虚线位置，多余的水会通过背板上的溢水孔(23)溢出，转动旋钮(16)，使光源盒(8)绕刻度盘(3)转到如图7所示位置，闭合开关(9b)，一条红色明亮的光线射到空气和水的交界面，随着出现一条反射光线返回空气中，从刻度盘(3)上可读出入射角i等于反射角β，同时，出现另一条光线进入水中，进入水中的折射光线方向发生偏折现象，从刻度盘(3)上的读数可知折射角r小于入射角i，读出入射角i和折射角r，可以证明折射定律Sini／Sinr＝n，即入射角的正弦和折射角的正弦的比值等于水的折射率n；继而转动旋钮(16)改变光源盒(8)的位置，入射角i角度改变，折射角r也随着变化，但是，始终是符合Sini／Sinr＝n的折射定律。同时，可以看到入射角i增大时，反射光线变亮，折线光线变暗，反之，入射角i减小时，反射光线变暗，折射光线变亮。
4、光的全反射实验如图8所示，转动旋钮(16)，使光源盒(8)处于水中，光源盒(8)是密封的不会进水，闭合开关(9b)，一条红色明亮光线射到水和空气的交界面时，由于这时入射角i大于水的临界角C，出现了全反射现象，光线射至水和空气的交界面时，全反射回水中，没有光线进入空气中，同时，可读出入射角α等于反射角β；接着转动旋钮(16)减小入射角α，当入射角α小于临界角C时，同时出现折射光线和反射光线，折射光线从水中射出进入空气，从刻度盘(3)上读数可以证明入射角α和折射角r的关系，Sinα／Sinr＝1／n，这是遵守折射定律关系，继续慢慢转动旋钮(16)，找到刚好折射光线消失，光发生全反射时的入射角α，这时的入射角α等于临界角C，即∠α＝∠c，当∠α＞∠c时全反射现象一直存在。
5、光的平面镜反射，如图5所示，将平面镜(
图15中的a镜)插在刻度盘(8)上的小孔(24)，闭合开关(9a、9b)，三条平行的红色明亮光线照射在平面镜上，又被平面镜反射，三条入射光线是平行的，三条反射光线也是平行的，这是遵守反射定律。
6、凹面镜对光线的会聚作用实验将凹面镜(
图15中的b镜)上的两只脚插入小孔(24)，如
图10所示，转动旋钮(16)，使光源盒(8)处于
图10所示位置，闭合开关(9a、9b)，三条平行光线射到凹面镜时发生反射三条光线相交于一点，这一点就是凹面镜的焦点，焦点处光度最亮，证明凹面镜对光线具有会聚作用。
7、凸面镜对光线的发散作用实验如
图11所示，将凸面镜(
图15中的C镜)插入刻度盘小孔(24)，闭合开关(9a、9b)，三条平行光线射到凸面镜时发生反射，中间光线沿原路返回，两侧二条光线分别向两外侧偏离，形成发散光线，这三条光线的反向延长线相交于一点是虚焦点，这证明凸面镜对光线有发散作用。
8、光的色散现象实验如
图12所示，将三梭镜(
图15中的d镜)插入刻度盘上的小孔(24)，闭合开关(9C)，平行光源(14)发出一束近似平行的白炽光，透过三梭镜，光线发生折射现象，由于红光频率最小，对三梭镜的折射率最小，因而偏折角度最小，紫光频率最大，对三梭镜的折射率最大，偏折角度最大、这样，即按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫离三梭镜由远到近顺序排列的彩色光带，这是光色散现象。
9、凸透镜对光的会聚作用实验如
图13所示，将凸透镜(
图15中的f镜)插入刻度盘上的小孔(24)，转动旋钮(16)使光源盒(8)处于
图13所示位置，闭合开关(9a、9b)，有三条平行红色明亮的光线，穿过凸透镜会聚一焦点，是实焦点，测量凸透镜中心到焦点的距离就是凸透镜的焦距f。
10、凹透镜对光线的发散作用实验如
图14所示，将凹透镜(
图15中的e镜)插入刻度盘上的小孔(24)，转动旋钮(16)使光源盒(8)处于
图14所示位置，闭合开关(9a、9c)，光源盒(8)射出三条红色明亮的光线，透过凹透镜，中间一条光线不改变方向，两边的二条光线向两外侧偏离，形成凹透镜对光的发散现象实验，透过凹透镜三条光线反向延长相交的一点，是凹透镜的虚焦点，测量凹透镜的中心到虚焦点的距离，是凹透镜的焦距。
本实用新型的优点是首先是能做光的直线传播、验证光的反射和折射定律、光的全反射、平面镜反射、凹面镜会聚、凸面镜发散、光的色散现象、凸透镜的会聚以及凹透镜的发散作用等10项实验，同时，本实用新型能作水中全反射实验、折射实验，以满足高、初中物理课本中光学部份主要实验，其次，本实用新型，箱体上、下、两侧和背板为不透光塑料，具有暗室功能，因而可采用弱光源而达到清晰直观效果，再次，本实用新型重量轻，造价低，携带方便，实为理想的光学教学实验仪器。
附
图1多功能光学实验组合箱正视结构示意图(摘要附图)附图2
图1的俯视结构示意图附图3
图1的右侧视结构示意图附图4本实用新型电路图附图5光的平面镜反射示意图附图6光的直线传播示意图附图7光的折射定律示意图附图8光在水中全反射现象示意图附图9光的反射定律示意图附
图10、凹面镜会聚作用示意图附
图11、凸面镜对光线的发散作用示意图附
图12光的色散现象示意图附
图13凸透镜对光线的会聚作用示意图附
图14凹透镜对光线的发散作用示意图附
图15各种镜片示意
图1－箱体，2－脚，3－刻度盘，4－电池，5－电池夹，6a、6b、6c－红色有机玻璃棒，7a、7b、7c－小灯泡，8－光源盒，9a、9b、9c－开关，10－支架，11－大传动轮，12－中轴，13－垫片，14－平行光源，15－小传动轮，16－旋钮，17－传动轴，18－透明有机玻璃面板，19－透光有机玻璃板，20－压簧，21－弹片，22－小灯泡支架，23－溢水孔，24－小孔。
实施例箱体(1)用塑料注塑而成，长300mm，宽150mm，高320mm，箱体(1)下四角装有四只脚(2)，箱体(1)上盖可以打开或关闭，箱体(1)内装有电池(4)，电压为4.5伏，光源盒(8)用塑料注塑而成，长64mm，宽40mm，高48mm，要求密封不渗水，光源盒(8)内装有3.8伏小灯泡(7)三个，红色有机玻璃棒(6)三根，棒(6)的直径φ18mm，长40mm，箱体(1)背板上装有三只开关(9)和一个旋钮(16)，刻度盘(3)直径190mm，厚2mm，用铝板制成，表面白底，刻度线和字为黑色，中轴(12)用圆钢加工而成，长30.1mm，φ22mm，中轴(12)两端有螺孔，一端与刻度盘(3)连接，另一端紧固在背板上，中轴(12)上钻有小孔，供导线穿过；支架(10)用冷轧板制成，厚2mm，宽10mm；大传动轮(11)φ100mm，厚10mm，中心孔φ22.1mm，小传动轮(15)φ40mm，厚8mm，小传动轮(15)轮周套有橡皮圈，以增加大、小传动轮之间的摩擦力；平行光源(14)用3.8伏小灯泡和铝皮反光罩制成；溢水孔(23)φ5mm，孔的最下端与刻度盘(3)的中心水平线等高，使箱体(1)内注水后，水面升至刻度盘(3)中心水平后，水即溢出；刻度盘(3)的中心点周围有四个相对称的小孔(24)，两个在水平线上，在中心水平线下5mm处，两个在垂直线上，φ4mm，两小孔(24)之间距离均为40mm，其它另件以相匹配为宜，按图装配而成，总重量为2.5公斤。
权利要求1.一种多功能光学实验组合箱、主要由箱体、刻度盘、电池、红色有机玻璃棒、小灯泡、光源盒、开关、大传动轮、中轴、平行光源、小传动轮、传动轴和透明有机玻璃面板构成，其特征在于a、箱体(1)的底板、侧面板、背板和上盖是由不透明塑料注塑而成，上盖可以自由打开和盖合，箱体(1)的正面是用透明有机玻璃面板(18)粘结而成；b、刻度盘(3)用白色塑料板或铝板制成，上面有刻度线，刻度盘(3)由螺钉固定在中轴(12)上，中轴(12)由螺钉固定在箱体(1)的背板上，大传动轮(11)空套在中轴(12)上，在大传动轮(11)两侧的中轴(12)台阶上有垫片(13a、13b)，垫片(13)与中轴(12)固定连接，光源盒(8)和支架(10)由螺钉固定连接，支架(10)与大传动轮(11)由螺钉固定连接，小传动轮(15)与传动轴(17)是固定连接，传动轴(17)穿过箱体(1)背板上的轴套是动连接，传动轴(17)和旋钮(16)由螺钉固定连接，压簧(20)空套在传动轴(17)上，压簧(20)在小传动轮(15)和箱体(1)的背板之间是活动接触，小传动轮(15)压紧大传动轮(11)；c、光源盒(8)中三只小灯泡(7a、7b、7c)和小灯泡支架(22)螺纹连接，小灯泡支架(22)用螺钉和支架(10)以及光源盒(8)固定连接在一起，光源盒(8)由塑料注塑而成，向心面为透光有机玻璃板(19)，三只小灯泡(7)分别相对装有三根红色玻璃棒(6)；d、平行光源(14)由球面反射镜和小灯泡组成。
2.根据权利要求1所述的多功能光学实验组合箱，其特征在于电路是开关(9a)控制小灯泡(7a、7c)，开关(9b)控制小灯泡(7b)，开关(9c)控制平行光源(14)。
3.根据权利要1所述的多功能光学实验组合箱，其特征在于刻度盘(3)的中心点周围有四个相对称的小孔(24)，两个在水平线上，在中心水平线下5mm处，两个在垂直线上，φ4mm，两小孔(24)之间距离均为40mm。
专利摘要一种多功能光学实验组合箱，是属于物理学实验仪器领域。主要由箱体、刻度盘、电池、红色有机玻璃棒、小灯泡、光源盒、开关、大传动轮、中轴、平行光源、小传动轮和传动轴构成，它能做光的直线传播、验证光的反射和折射定律、光的全反射、平面镜反射、凹面镜会聚、凸面镜发散、光的色散现象、凸透镜的会聚以及凹透镜的发散作用等10项实验，同时，还能做水中折射实验全反射实验。
文档编号G09B23/00GK2074038SQ9020819
公开日1991年3月27日 申请日期1990年6月4日 优先权日1990年6月4日
发明者唐定山 申请人:唐定山