CN104575214A - 光的折射演示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光的折射演示器，包括容器（1）、瞄准器（4）、光具盘（7），其特征在于：容器（1）为无盖腔体，容器（1）前侧是透明的观察面，游体（2）系在容器（1）底部，容器（1）外部设置有固定架（5），固定架（5）上可转动地装有瞄准器（4），瞄准器（4）内部套装有折射杆（3），折射杆（3）倾斜***容器（1）内，折射演示器配套有活动光具盘（7）和激光器（8）。所述光具盘（7）可沿中间轴折叠，且光具盘（7）的刻度从竖直方向的0°逐渐向两侧增加至水平方向的90°。所述激光器（8）为绿光激光器或氦氖激光器。本发明操作简单、效果明显、直观性强、适用广泛。

Description

光的折射演示器
技术领域
本发明属于教学实验器材技术领域，具体来说涉及一种光的折射演示器。
背景技术
光的折射规律是几何光学的基本规律，是解释生活中折射现象的主要依据，光的折射规律的探究过程，能够很好地培养学生的科学探究能力。对于刚刚接触物理的初中生来说，要准确理解光的折射想象和规律只能通过对实验现象的归纳总结，所以光的折射演示实验能不能成功或者说实验现象是否足够明显将直接决定学生的理解和接受程度。在现有实际教学过程中，光折射效应只能通过水杯和筷子进行演示，由于演示手段不直观，因而学生很难更清楚理解其中的道理，甚至造成概念的混乱。部分老师自制教具演示光的折射规律，归纳起来存在以下几个缺点：
（1）一般教师用普通红光激光笔来显示光路，因距离学生较远，再加上眼睛对波长为650nm的红光不太敏感，光的传播现象不明显，可视性不强，很难看不清楚光的传播径迹。
（2）利用粗糙物体表面发生漫反射来显示光的传播径迹，以达到光从空气射向水或玻璃的折射现象。采用的方案多为在水面上点蚊香喷烟、沸水产生水雾、在水中滴牛奶或淡肥皂水、用加湿器、雾化器等设备产生水雾来显示光的传播径迹，但水面上点蚊香喷烟会产生异味，沸水产生水雾受环境因素影响很大不稳定，在水中滴牛奶或淡肥皂水不稳定不均匀，用加湿器、雾化器等设备产生水雾操作麻烦且现象不明显。
（3）所用玻璃水腔，一是侧面宽度较大，在教室座位两侧的同学观察时会出现较大的视角偏差，红色激光穿透水雾或肥皂水时会衰减得很快；二是水腔四周用一样的玻璃，易产生镜面反射，影响学生观察光路。
（4）没有活动光具盘，不能直接读出入射角和折射角，不能清楚地演示随着激光入射角度的变化，引起入射光线和折射光线的变化，不能演示“三线共面”。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种操作简单、效果明显、直观性强、适用广泛的光的折射演示器。
本发明目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明的光的折射演示器，包括容器、瞄准器、光具盘，其中：容器为无盖腔体，容器前侧是透明的观察面，游体系在容器底部，容器外部设置有固定架，固定架上可转动地装有瞄准器，瞄准器内部套装有折射杆，折射杆倾斜***容器内，折射演示器配套有活动光具盘和激光器。
上述光的折射演示器，其中：所述容器由底面玻璃和侧面玻璃粘合制成或一次性成型，前侧为透明玻璃，其余侧面和底面均为带有黑色内衬的玻璃或毛玻璃。
上述光的折射演示器，其中：所述容器宽度为5-15厘米。
上述光的折射演示器，其中：所述容器的材质为有机玻璃。
上述光的折射演示器，其中：所述所述容器内装入的液体为硝酸银溶液。
上述光的折射演示器，其中：所述固定架可以为铁架台、三脚架或升降台，且固定架上设置有调节螺钉。
上述光的折射演示器，其中：所述光具盘可沿中间轴折叠，且光具盘的刻度从竖直方向的0°逐渐向两侧增加至水平方向的90°。
上述光的折射演示器，其中：所述激光器为绿光激光器或氦氖激光器。
本发明同现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明具有以下优点：（1）结构、操作简单，现象明显，能准确、清楚、直观地演示渔夫叉鱼实验、光发生折射时折射角和入射角的大小关系、入射光线垂直入射时折射光线的方向变化、折射光线、入射光线、法线之间的关系等多组实验。（2）人眼对绿光的视觉效果比红光强得多，相同功率的视觉亮度大约是红激光的8倍，半浑浊溶液中微粒对绿光的散射更强，使用绿光激光器有着比红光激光器更强的视觉效果。采用氦氖激光器功率小，光束质量好发散角小于1mrad，单色性好线宽小于20Hz，亮度高，输出稳定。（3）利用硝酸银溶液显示光的传播径迹，无异味、稳定、不受环境因素影响、现象明显。（4）容器的宽度可设置为5-15厘米，在教室座位两侧的同学观察时不会出现较大的视角偏差，激光穿过硝酸银溶液时衰减很慢。（5）容器面向学生一侧透明作为观察面，而其余侧面均为带有黑色内衬的玻璃或毛玻璃，不会产生镜面反射，加深对比度，光路更清晰。（6）本发明配有活动光具盘，且光具盘的刻度从竖直方向的0°逐渐向两侧增加至水平方向的90°，可直接读出入射角和折射角，无需进行运算，能清楚地演示随着激光入射角度的变化，引起入射光线和折射光线的变化，方便学生总结折射规律，可定量分析光的折射定律，可直观演示“三线共面”。总之，本发明操作简单、效果明显、直观性强，适合教学过程中光的折射演示实验的推广使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为光具盘的结构示意图；
图3为实施例一的使用状态图；
图4为实施例二、实施例四的使用状态图；
图5为实施例三的使用状态图
图6为实施例五的使用状态图。
图中标识：
1、容器；2、游体；3、折射杆；4、瞄准器；5、固定架；6、调节螺钉；7、光具盘；8、激光器；9、玻璃砖；10、硝酸银溶液。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的光的折射演示器具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
参见图1至图2，光的折射演示器，包括容器1、瞄准器4、光具盘7，其中：容器1为无盖容器，容器1前侧是透明的观察面，游体2系在容器1底部，容器1外部设置有固定架5，固定架5上可转动地装有瞄准器4，瞄准器4内部套装有折射杆3，折射杆3倾斜***容器1内，折射演示器配套有活动光具盘7和激光器8。所述容器1由底面玻璃和侧面玻璃粘合制成，前侧为透明玻璃，其余侧面和底面均为带有黑色内衬的玻璃。所述容器1的材质为有机玻璃。所述容器1内装入的液体为硝酸银溶液。所述固定架5可以为铁架台、三脚架或升降台，且固定架5上设置有调节螺钉6。所述光具盘7可沿中间轴折叠，且光具盘7的刻度从竖直方向的0°逐渐向两侧增加至水平方向的90°。所述激光器8为绿光激光器或氦氖激光器。
实施例一：演示渔夫叉鱼实验
参见图3，实验步骤如下：（1）在容器1中加自来水，并滴入几滴硝酸银搅拌均匀制得硝酸银溶液10，将瞄准器4固定在固定架5上，通过调节螺钉6调整瞄准器4的位置让使用者刚好瞄准到游体2上；（2）让使用者用折射杆3穿过瞄准器4正对着游体2方向去叉游体2，观察到游体2在折射杆3下方且叉不到游体2；（3）打开激光器8，让激光通过瞄准器4从空气射向游体2，结果发现激光在硝酸银溶液10与空气的界面处发生了偏折，偏折后刚好射到游体2上。
实施例二：演示光发生折射时折射角和入射角的大小关系
如图4所示，往容器1里加自来水，在自来水里滴几滴硝酸银搅拌均匀制得硝酸银溶液10，将活动光具盘7放入容器1并紧靠其后侧面，然后将激光器8固定在固定架5上，打开激光器8，让激光从空气斜射入硝酸银溶液10，调整激光器8的位置使入射角分别为30度、45度、60度，观察折射角的变化。同理，让激光从硝酸银溶液10射入空气，调整激光器8的位置使入射角分别为30度、45度、60度，观察折射角的变化。
实施例三：演示入射光线垂直入射时折射光线的方向变化
如图5所示，往容器1里加自来水，在自来水里滴几滴硝酸银搅拌均匀制得硝酸银溶液10，将活动光具盘7放入容器1并紧靠其后侧面，然后将激光器8固定在固定架5上，打开激光器8，让激光从空气射入硝酸银溶液10，调整激光8器的位置使入射角为0度，观察折射光线的方向变化。同理，让激光从硝酸银溶液10射入空气，调整激光器8的位置使入射角为0度观察折射光线的方向变化。
实施例四：演示折射光线、入射光线、法线之间的关系
如图4所示，往容器1里加自来水，在自来水里滴几滴硝酸银搅拌均匀制得硝酸银溶液10，将活动光具盘7放入容器1并紧靠其后侧面，然后将激光器8固定在固定架5上，打开激光器8，让激光从空气斜射入硝酸银溶液10，调整激光器8的位置使入射角为30度，观察折射光线、入射光线、法线之间的关系，然后转动活动光具盘7，让折射光线、入射光线、法线不在同一平面上，观察折射光线、入射光线、法线之间的关系，再调整激光器8的位置使入射角分别为45度、60度，观察折射光线、入射光线、法线之间的关系，然后转动活动光具盘7，让折射光线、入射光线、法线不在同一平面上，观察折射光线、入射光线、法线之间的关系。同理，让激光从硝酸银溶液10射入空气，调整激光器8的位置使入射角分别为30度、45度、60度，观察观察折射光线、入射光线、法线之间的关系。
实施例五：演示光通过玻璃砖时的折射特点
如图6所示，将玻璃砖9放在活动光具盘7正中央，然后将激光器8固定在固定架5上，打开激光器8，让激光从空气斜射入玻璃砖9，观察光的偏折方向，当该光线从玻璃砖9的另一侧面射出时，观察出射光线的偏折方向。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种光的折射演示器，包括容器（1）、瞄准器（4）、光具盘（7），其特征在于：容器（1）为无盖腔体，容器（1）前侧是透明的观察面，游体（2）系在容器（1）底部，容器（1）外部设置有固定架（5），固定架（5）上可转动地装有瞄准器（4），瞄准器（4）内部套装有折射杆（3），折射杆（3）倾斜***容器（1）内，折射演示器配套有活动光具盘（7）和激光器（8）。
2.如权利要求1所述的折射演示器，其特征在于：所述容器（1）由底面玻璃和侧面玻璃粘合制成或一次性成型，前侧为透明玻璃，其余侧面和底面均为带有黑色内衬的玻璃或毛玻璃。
3.如权利要求1或2所述的折射演示器，其特征在于：所述容器（1）宽度为5-15厘米。
4.如权利要求1或2所述的折射演示器，其特征在于：所述容器（1）的材质为有机玻璃。
5.如权利要求1或2所述的折射演示器，其特征在于：所述容器（1）内装入的液体为硝酸银溶液。
6.如权利要求1所述的折射演示器，其特征在于：所述固定架（5）可以为铁架台、三脚架或升降台，且固定架（5）上设置有调节螺钉（6）。
7.如权利要求1所述的折射演示器，其特征在于：所述光具盘（7）可沿中间轴折叠，且光具盘（7）的刻度从竖直方向的0°逐渐向两侧增加至水平方向的90°。
8.如权利要求1所述的折射演示器，其特征在于：所述激光器（8）为绿光激光器或氦氖激光器。
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