曲。
[0025]实施例2
[0026]在透明水槽3内的底部放置有半导体制冷片支架6，半导体制冷片支架6上用胶粘接有半导体制冷片5，半导体制冷片支架6和半导体制冷片5浸入水中，半导体制冷片5的上表面为热面、下表面为冷面。在底座7上透明水槽3的左侧放置有激光器支架8，激光器支架8上安装有半导体激光器I和圆柱面透镜2，圆柱面透镜2的直径为4_，圆柱面透镜2在半导体激光器I的激光出射光方向上，圆柱面透镜2的中心线与水平面垂直、与激光器出射的激光束在同一个竖直平面内相互垂直，半导体激光器I出射的激光束透过圆柱面透镜2后形成射向透明水槽3的扇形片光，扇形片光所在平面与半导体制冷片5上表面平行，扇形片光厚度中心平面与半导体制冷片5上表面之间的距离h为3mm，扇形片光从半导体制冷片5的上方透过水槽，投射在透明水槽3右侧壁的白色油漆层4上，在白色油漆层4上形成水平光带。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
[0027]使用本实施例光线在正梯度温度场中弯曲方向演示装置演示光线弯曲的实验方法步骤如下:
[0028]步骤I与实施例1相同。在步骤2中，从水槽前侧壁水平观察扇形片光在水中的光束径迹，调整扇形片光与半导体制冷片5间的相对位置，使扇形片光在水中的光束径迹水平通过半导体制冷片5的正上方，使扇形片光厚度中心平面与半导体制冷片5上表面之间的距离h为3mm，扇形片光在白色油漆层4上投射形成水平光带。步骤3与实施例1相同。
[0029]实施例3
[0030]在透明水槽3内的底部放置有半导体制冷片支架6，半导体制冷片支架6上用胶粘接有半导体制冷片5，半导体制冷片支架6和半导体制冷片5浸入水中，半导体制冷片5的上表面为热面、下表面为冷面。在底座7上透明水槽3的左侧放置有激光器支架8，激光器支架8上安装有半导体激光器I和圆柱面透镜2，圆柱面透镜2的直径为4_，圆柱面透镜2在半导体激光器I的激光出射光方向上，圆柱面透镜2的中心线与水平面垂直、与激光器出射的激光束在同一个竖直平面内相互垂直。半导体激光器I出射的激光束透过圆柱面透镜2后形成射向透明水槽3的扇形片光，扇形片光所在平面与半导体制冷片5上表面平行，扇形片光厚度中心平面与半导体制冷片5上表面之间的距离h为5mm，扇形片光从半导体制冷片5的上方透过水槽，投射在透明水槽3右侧壁的白色油漆层4上，在白色油漆层4上形成水平光带。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
[0031]使用本实施例光线在正梯度温度场中弯曲方向演示装置演示光线弯曲的实验方法步骤如下:
[0032]步骤I与实施例1相同。在步骤2中，从水槽前侧壁水平观察扇形片光在水中的光束径迹，调整扇形片光与半导体制冷片5间的相对位置，使扇形片光在水中的光束径迹水平通过半导体制冷片5的正上方，使扇形片光厚度中心平面与半导体制冷片5上表面之间的距离h为5mm，扇形片光在白色油漆层4上投射形成水平光带。步骤3与实施例1相同。
[0033]实施例4
[0034]在以上的实施例1?3中，在底座7上透明水槽3的左侧放置有激光器支架8，激光器支架8上安装有半导体激光器I和圆柱面透镜2，圆柱面透镜2的直径为3_。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。
[0035]演示光线弯曲的实验方法步骤与相应的实施例相同。
[0036]实施例5
[0037]在以上的实施例1?3中，在底座7上透明水槽3的左侧放置有激光器支架8，激光器支架8上安装有半导体激光器I和圆柱面透镜2，圆柱面透镜2的直径为5_。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。
[0038]演示光线弯曲的实验方法步骤与相应的实施例相同。
[0039]本发明的工作原理如下:
[0040]浸于水中的半导体制冷片5，通电后上表面为热面，在半导体制冷片5热面上方距离上表面1mm的高度范围内的水中，形成负梯度温度场，即以半导体制冷片5上表面为起点，向上温度逐渐降低。水在4°C以上的密度与温度成反比，而水的密度越大，其折射率就越大，即水温低，则折射率大，在半导体制冷片5上方形成折射率下小上大的梯度变化区域。由于光线在传输过程中总是向折射率大的区域偏折，因此半导体制冷片5正上方的激光束向上弯曲，使相应的原白色油漆层4上中间部分的水平光带上凸。
【主权项】
1.一种负梯度温度场中光线弯曲方向演示装置，其特征在于:在底座(7)上设置内装有水的透明水槽(3)，透明水槽(3)的右外侧面喷涂有白色油漆层(4)，透明水槽(3)内设置安装有半导体制冷片(5)的半导体制冷片支架(6)，半导体制冷片(5)的上表面为热面，半导体制冷片支架(6)和半导体制冷片(5)浸入水中，在底座(7)上透明水槽(3)的左侧设置安装有半导体激光器(I)和圆柱面透镜(2)的激光器支架(8)，圆柱面透镜(2)的中心线与水平面垂直、且与激光器出射的激光束在同一个竖直平面内相互垂直。2.根据权利要求1所述的负梯度温度场中光线弯曲方向演示装置，其特征在于:所述的透明水槽(3)和半导体制冷片(5)的几何形状为长方体，半导体制冷片(5)的上表面与水平面平行、前侧面与透明水槽(3)的前侧壁平行。3.根据权利要求1所述的负梯度温度场中光线弯曲方向演示装置，其特征在于:所述的圆柱面透镜⑵的直径为3?5mm。4.一种使用权利要求1所述的负梯度温度场中光线弯曲方向演示装置的实验方法，其特征在于由下述步骤组成: 1)接通半导体激光器(I)的电源，同步调整半导体激光器(I)的出射光方向和圆柱面透镜(2)的位置，使半导体激光器(I)出射的激光束透过圆柱面透镜(2)形成扇形片光透过透明水槽(3)内的水，在白色油漆层(4)上投射形成水平光带； 2)从水槽前侧壁水平观察扇形片光在水中的光束径迹，调整扇形片光与半导体制冷片(5)间的相对位置，使扇形片光在水中的光束径迹水平通过半导体制冷片(5)的正上方，扇形片光所在平面与半导体制冷片(5)上表面平行，扇形片光厚度中心平面与半导体制冷片(5)上表面之间的距离h为3?5mm ； 3)接通半导体制冷片(5)的电源，使半导体制冷片(5)的上表面为热面，观察白色油漆层(4)上水平光带的变化情况，分析扇形片光在白色油漆层(4)上投射的水平光带中部上凸与半导体制冷片(5)上方梯度温度场方向的关系。
【专利摘要】一种负梯度温度场中光线弯曲方向演示装置，在底座上设置内装有水的透明水槽，透明水槽长度方向的右外侧面喷涂有白色油漆层，透明水槽内设置安装有半导体制冷片的半导体制冷片支架，半导体制冷片的上表面为冷面、下表面为热面，半导体制冷片支架和半导体制冷片浸入水中，在底座上透明水槽的左侧设置安装有半导体激光器和圆柱面透镜的激光器支架，圆柱面透镜的中心线与水平面垂直、且与激光器出射的激光束在同一个竖直平面内相互垂直。这种结构的正梯度温度场中光线弯曲方向演示装置，结构简单、建立梯度温度场的速度快、梯度温度场稳定、演示效果明显、直观，可作为光学演示和实验仪器。
【IPC分类】G09B23/22
【公开号】CN104933930
【申请号】CN201510359712
【发明人】张宗权, 苗润才, 黄育红, 任俊鹏, 刘志存, 杨宗立, 鲁佰佐
【申请人】陕西师范大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月25日