一种微小形变多级光放大演示仪的制作方法

本实用新型公开了一种微小形变多级光放大演示仪，涉及一种将弹性金属板的微小形变进行“多级光放大”并用激光光迹显示的实验仪器，属于物理教具。

背景技术：

在物理教学中，把微小放大以利于观察是一种重要的方法。力的作用效果之一会使物体发生形变，但硬度越大的物体，其微小形变越不容易被觉察。为了证实硬度再大的物体在力的作用下也是有发生形变，把微小形变“放大”到直接看出来，教师一般采用如下常规方法：在一张桌子上放两面平面镜，让一束激光依次被这两面平面镜反射，最后射到一个离平面镜较远的刻度尺上并形成一个光点。当用力向下压桌面时，桌面会发生微小的形变，这时光点会在刻度尺上出现明显的移动。该常规实验方案存在许多不足：(1)为了让微小形变有明显的“放大”，需让刻度尺到平面镜的距离较远，教师往往把刻度尺放到离讲台较远的教室后墙上；(2)实验现象只看到一个光点的移动，不能看到激光在传播过程中整条激光光线的偏移；(3)激光需射到远处的刻度尺上，容易误伤到学生的眼睛，不够安全。

技术实现要素：

为了解决上述不足，可利用多级光放大原理、烟雾显示光迹原理及视觉暂留原理，设计一种将弹性金属板的微小形变进行“多级光放大”并用激光光迹显示的实验仪器。本实用新型采用如下技术方案：一种微小形变多级光放大演示仪，包括透明箱、可旋转底座、弹性金属板、拉线、定滑轮、钩码、小镜片、激光笔、烟雾器、左侧反光镜、右侧反光镜及半透明屏幕等，其具体特征是：透明箱具体包括透明箱本体、左侧椭圆孔、右侧椭圆孔、定滑轮位置孔、金属板卡口、激光笔卡口及黑纸等；所述左侧椭圆孔设在透明箱本体左侧面下半位置，方便对透明箱内的器件进行操作，如调整激光笔角度、对烟雾器点火等；所述右侧椭圆孔设在透明箱本体右侧面下半位置，方便对透明箱内的器件进行操作，如将钩码挂到拉线上等；所述黑纸粘贴在透明箱后侧面内壁作为黑色背景，让激光光线光迹显示更加清晰。可旋转底座装在透明箱底部，可以用来旋转透明箱，方便调整观察角度。弹性金属板下端卡到透明箱底面的金属板卡口中，弹性金属板上端悬空，受拉线拉力作用后会产生微小弯曲形变。拉线一端系在弹性金属板的上端，另一端带有一个钩子，可以用来挂钩码。定滑轮固定在透明箱的定滑轮位置孔处，用来改变拉线的拉力方向。钩码的质量为几百克为宜，可钩挂在拉线上。小镜片粘贴在弹性金属板的上端左侧面，可随弹性金属板微小的弯曲形变而有微小的偏移。激光笔包括激光笔本体和激光笔底座，激光笔底座卡在透明箱的激光笔卡口中，激光笔本体的角度可自由调整，让其发出的激光光线可射到小镜片上并被反射到左侧反光镜上。烟雾器具体包括烟盒、烟饼及烟，烟盒内装有烟饼，点燃后可以产生少量的烟，可以显现激光光线的光迹。左侧反光镜和右侧反光镜分别粘贴在透明箱的左侧面和右侧面，激光光线可在左侧反光镜和右侧反光镜之间来回多次反射。半透明屏幕贴在透明箱的右侧面上端位置，具体包括屏幕本体和坐标刻度。

本实用新型的原理具体说明如下：实验时，让激光笔发出的一束激光射到粘贴在弹性金属板上的小镜片上并被反射到左侧反光镜上，接着在左侧反光镜和右侧反光镜之间来回多次反射后最终射到半透明屏幕上，其激光光线光迹可在烟雾器产生的烟中显现出来，在透明箱中可看到一条入射光线和多条反射光线。当挂上钩码后，弹性金属板在拉线拉力作用下会发生微小的弯曲形变并让小镜片发生微小的偏移，此时激光经小镜片反射后的反射光线会向上偏移，接着在左侧反光镜和右侧反光镜之间来回反射次数越多，反射光线向上偏移越明显，同时半透明屏幕上的激光亮点也向上偏移明显。当用手快速反复拉拉线时，弹性金属板在微小形变及恢复形变之间不停变换，此时反射光线会不停来回偏移，由于视觉暂留原理从而可看到多个“激光亮区”。

附图说明

图1是本实用新型整体的立体结构图；

图2是图1中透明箱等部分器件的结构示意图；

图3是图1中弹性金属板等部分的结构示意图；

图4是本实用新型挂钩码法的原理及动态效果示意图；

图5是本实用新型反复手拉法的原理及动态效果示意图；

图6是本实用新型的原理说明流程图；

图7是本实用新型用挂钩码法时反射光线偏移的原理示意图；

图8是本实用新型用反复手拉法时反射光线偏移的原理示意图；

图9是本实用新型弹性金属板未形变时的静态效果示意图；

图10是本实用新型弹性金属板发生形变后的静态效果示意图。

图中：1.透明箱，具体涉及1a.透明箱本体、1b.左侧椭圆孔、1c.右侧椭圆孔、1d.定滑轮位置孔、1e.金属板卡口、1f.激光笔卡口及1g.黑纸；2.可旋转底座；3.弹性金属板；4.拉线；5.定滑轮；6.钩码；7.小镜片；8.激光笔，具体涉及8a.激光笔本体和8b.激光笔底座；9.烟雾器，具体涉及9a.烟盒、9b.烟饼及9c.烟；10.左侧反光镜；11.右侧反光镜；12.半透明屏幕，具体涉及12a.屏幕本体和12b.坐标刻度；13.激光光线光迹，具体涉及13a.入射光线、13b.形变前反射光线、13c.形变后反射光线、13d.形变前亮点、13e.形变后亮点及13f.“激光亮区”；14.手；15.拉力方向；16.光线偏移方向。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

结合图1、图2和图3，一种微小形变多级光放大演示仪，包括透明箱(1)、可旋转底座(2)、弹性金属板(3)、拉线(4)、定滑轮(5)、钩码(6)、小镜片(7)、激光笔(8)、烟雾器(9)、左侧反光镜(10)、右侧反光镜(11)及半透明屏幕(12)等，其具体特征是：透明箱(1)具体包括透明箱本体(1a)、左侧椭圆孔(1b)、右侧椭圆孔(1c)、定滑轮位置孔(1d)、金属板卡口(1e)、激光笔卡口(1f)及黑纸(1g)等；所述左侧椭圆孔(1b)设在透明箱本体(1a)左侧面下半位置，方便对透明箱内的器件进行操作，如调整激光笔(8)角度、对烟雾器(9)点火等；所述右侧椭圆孔(1c)设在透明箱本体(1a)右侧面下半位置，方便对透明箱(1)内的器件进行操作，如将钩码(6)挂到拉线(4)上等；所述黑纸(1g)粘贴在透明箱(1)后侧面内壁作为黑色背景，让激光光线光迹显示更加清晰。可旋转底座(2)装在透明箱(1)底部，可以用来旋转透明箱(1)，方便调整观察角度。弹性金属板(3)下端卡到透明箱(1)底面的金属板卡口(1e)中，弹性金属板(3)上端悬空，受拉线(4)拉力作用后会产生微小弯曲形变。拉线(4)一端系在弹性金属板(3)的上端，另一端带有一个钩子，可以用来挂钩码(6)。定滑轮(5)固定在透明箱(1)的定滑轮位置孔(1d)处，用来改变拉线(4)的拉力方向。钩码(6)的质量为几百克为宜，可钩挂在拉线(4)上。小镜片(7)粘贴在弹性金属板(3)的上端左侧面，可随弹性金属板(3)微小的弯曲形变而有微小的偏移。激光笔(8)包括激光笔本体(8a)和激光笔底座(8b)，激光笔底座(8b)卡在透明箱(1)的激光笔卡口(1f)中，激光笔本体(8a)的角度可自由调整，让其发出的激光光线可射到小镜片(7)上并被反射到左侧反光镜(10)上。烟雾器(9)具体包括烟盒(9a)、烟饼(9b)及烟(9c)，烟盒(9a)内装有烟饼(9b)，点燃后可以产生少量的烟(9c)，可以显现激光光线(13)的光迹。左侧反光镜(10)和右侧反光镜(11)分别粘贴在透明箱(1)的左侧面和右侧面，激光光线(13)可在左侧反光镜(10)和右侧反光镜(11)之间来回多次反射。半透明屏幕(12)贴在透明箱(1)的右侧面上端位置，具体包括屏幕本体(12a)和坐标刻度(12b)。

结合图4、图5和图6，本实用新型的原理具体说明如下：实验时，让激光笔(8)发出的一束激光射到粘贴在弹性金属板(3)上的小镜片(7)上并被反射到左侧反光镜(10)上，接着在左侧反光镜(10)和右侧反光镜(11)之间来回多次反射后最终射到半透明屏幕(12)上，其激光光线光迹(13)可在烟雾器(9)产生的烟(9c)中显现出来，在透明箱()1中可看到一条入射光线(13a)和多条反射光线(13b)。当挂上钩码(6)后，弹性金属板(3)在拉线(4)拉力作用下会发生微小的弯曲形变并让小镜片(7)发生微小的偏移，此时激光经小镜片(7)反射后的反射光线(13b、13c)会向上偏移(16)，接着在左侧反光镜(10)和右侧反光镜(11)之间来回反射次数越多，反射光线(13b、13c)向上偏移越明显，同时半透明屏幕(12)上的激光亮点(13d、13e)也向上偏移明显，具体效果见图4。当用手(14)快速反复拉拉线(4)时，弹性金属板(3)在微小形变及恢复形变之间不停变换，此时反射光线(13b、13c)会不停上下偏移(16)，由于视觉暂留原理从而可看到多个“激光亮区”(13f)，具体效果见图5。

本实用新型的在使用过程中有挂钩码法和反复快速手拉法等两种演示方法，具体介绍如下：

(1)挂钩码法演示实验

结合图4和图7，实验时，根据要求固定好各器件，点燃烟雾器(9)中的烟饼(9b)发出少量烟(9c)并扩散到整个透明箱(1)，打开激光笔(8)让其发出的激光光线可射到小镜片(7)上并被反射到左侧反光镜(10)上，接着在左侧反光镜(10)和右侧反光镜(11)之间来回多次反射后最终射到半透明屏幕(12)上。此时，在透明箱(1)中可看到一条入射光线(13a)和多条反射光线(13b)。接着在挂线上挂上钩码(6)，弹性金属板(3)在拉线拉力的作用下会发生微小的弯曲形变并让小镜片(7)发生微小的偏移。此时，可以看到激光经小镜片(7)反射后的反射光线(13b、13c)会向上偏移(16)，接着在左侧反光镜(10)和右侧反光镜(11)之间来回反射次数越多，反射光线(13b、13c)向上偏移(16)越明显，最终射到半透明屏幕(12)上的激光亮点(13d、13e)也有很明显的偏移，具体效果见图4、图9和图10。

(2)反复快速手拉法演示实验

结合图5和图8，实验时，根据要求固定好各器件，点燃烟雾器(9)并打开激光笔(8)。此时，在透明箱(1)中可看到一条入射光线(13a)和多条反射光线(13b)。接着用手(14)用力向下拉拉线(4)，此时可以看到每条反射光线(13b、13c)都会向上偏移，最终射到半透明屏幕(12)上的激光亮点(13d、13e)也有很明显的向上偏移。再接着松手(14)，此时可以看到每条反射光线又会向下偏移(16)回到原位置。当用手(14)快速反复拉弹性金属板(3)时，弹性金属板(3)在微小形变及恢复形变之间不停变换，可看到反射光线(13b、13c)不停地上下偏移(16)的动态变化，由于视觉暂留原理从而可看到多个“激光亮区”(12f)，实验现象直观明显，具体效果见图5。

与常规实验方法相比，该教具存在优点：(1)带坐标刻度的半透明屏幕不用放到远处，只需放在透明箱顶部即可；(2)实验现象不只看到一个光点的移动，可看到多条激光光线的偏移及多个“激光亮区”，实验现象直观明显；(3)激光没有射到仪器外面，只在透明箱内来回反射，不会误伤到学生的眼睛，安全可靠。

可见，本实用新型所述的一种微小形变多级光放大演示仪，利用多级光放大原理、烟雾显示光迹原理及视觉暂留原理，将弹性金属板的微小形变进行“多级光放大”并用激光光迹显示出来，实验原理和方法巧妙，实验现象直观明显，仪器性能安全可靠，体现了教具的科学性、教学性及趣味性。