CN211719137U - 全反射演示教具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种全反射演示教具，包括主轴、滑筒、连杆一、连杆二、转臂一、转臂二、圆盘、玻璃板、压簧、激光器、黑屏一及黑屏二等部件，其中可通过两个转臂同步转动且与主轴夹角相等，可以方便地通过改变激光入射角来演示全反射现象，以及通过圆盘上的刻度盘来定量地获取临界角及介质折射率。

Description

全反射演示教具

本申请为申请号为“2017212276308”、名称为“一种全反射演示教具”的分案申请，其全部内容引用于本申请之中。

技术领域

本实用新型涉及物理实验教具，尤其涉及一种全反射演示教具。

背景技术

中学物理光学部分涉及到光的反射和折射，其中在入射角达到临界角(折射角等于90°时的入射角)时为全反射。一般教案中采用半圆形玻璃砖来演示光的全反射实验，通过将激光从空气射向半圆形玻璃砖的直角边，以及将激光从空气射向半圆形玻璃砖的半圆面，可以定性地演示全反射现象，缺点在于没有定量获取临界角数值，由此难以计算介质折射率，因此有必要设计一种新的实验演示装置。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型目的在于提供一种全反射演示教具，以便演示全反射现象，并定量地获取临界角及介质折射率。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案提供一种全反射演示教具，包括主轴、滑筒、连杆一、连杆二、转臂一、转臂二、圆盘、玻璃板、压簧、激光器、黑屏一及黑屏二：主轴过圆盘圆心且固定于圆盘，转臂一的第一端及转臂二的第一端分别铰接于圆盘圆心位置，连杆一的第一端与转臂一的中部铰接且连杆二的第一端与转臂二的中部铰接，连杆一的第二端及连杆二的第二端分别与主轴第一端上套装的滑筒铰接，移动滑筒可使得转臂一、转臂二同步转动来使转臂一、转臂二与主轴之间的夹角相等且滑筒滑动到位后通过锁紧元件锁紧于主轴上的锁紧槽，圆盘边缘设置刻度盘且转臂一在对应圆盘边缘位置设置指针一以及转臂二在对应圆盘边缘位置设置指针二，圆盘的中央设置与主轴垂直的圆盘槽来嵌入地装入玻璃板且使玻璃板的底部正面贴住圆盘槽的前槽面以使玻璃板与主轴垂直，压簧装于圆盘槽中且压簧的两端分别抵接玻璃板的底部背面与圆盘槽的后槽面来使得玻璃板的底部正面紧贴住圆盘槽的槽面，激光器垂直安装于转臂一的第二端且激光器的出光嘴的轴线与转臂一的轴线平行以保证入射光线沿转臂一的轴线射入玻璃板的正面，黑屏一垂直安装于转臂二的第二端以保证经玻璃板后的反射光线沿转臂二的轴线射至黑屏一及黑屏二垂直安装于主轴的第二端以保证经玻璃板后的折射光线在出射后到达黑屏二。

与现有技术相比，本实用新型的两个转臂同步转动且与主轴夹角相等，可以方便地通过改变激光入射角来演示全反射现象，且全反射发生时可以定量地通过圆盘上的刻度盘来获取此时入射角即临界角，由此计算待测介质的折射率。

附图说明

图1是本实用新型全反射演示教具的示意图；

图2是图1中全反射演示教具的光路示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图与具体实施例来进行详细说明。

同时参见图1，示出本实用新型全反射演示教具的基本结构。该全反射演示教具包括主轴1、滑筒2、连杆一3、连杆二4、转臂一5、转臂二6、圆盘7、玻璃板8(或其它待测介质板)、压簧9、激光器10、黑屏一11及黑屏二12等部件，进一步说明如下。

如图1所示，主轴1过圆盘7圆心并通过若干螺钉1.2固定于圆盘7，转臂一5的第一端及转臂二6的第一端分别通过铆轴7.2铰接于圆盘7圆心位置，连杆一3的第一端与转臂一5的中部通过铆轴5.1铰接，连杆二4的第一端与转臂二6的中部通过铆轴6.1铰接，连杆一3的第二端及连杆二4的第二端分别通过铆轴2.1与主轴1第一端上套装的滑筒2铰接；移动滑筒2可以使得转臂一5、转臂二6同步转动，且转臂一5、转臂二6与主轴1之间的夹角相等；滑筒2滑动到位后，可以通过锁紧螺钉2.1(或其它锁紧元件)锁紧于主轴1上的锁紧槽1.1。圆盘7边缘设置刻度盘7.3(优选为角度标识，如0～±90°)，具体是粘贴透明纸刻度表，或直接在圆盘7刻画刻度数值，其中转臂一5在对应圆盘1边缘位置设置指针一5.2，转臂二6在对应圆盘1边缘位置设置指针二6.2，这样可以根据指针一5.2与指针二6.2的位置读数，方便的得到转臂一5、转臂二6与主轴1之间的夹角值。圆盘7的中央设置与主轴1垂直的圆盘槽7.1，以便装入玻璃板8并进行定位。玻璃板8的底部嵌入地安装于圆盘槽7.1中，且玻璃板8的底部正面贴住圆盘槽7.1的前槽面7.1.1以使得玻璃板8与主轴1垂直。压簧9装于圆盘槽7.1中，且压簧9的两端分别抵接玻璃板8的底部背面与圆盘槽7.1的后槽面，以使得玻璃板8的底部正面紧紧地贴住圆盘槽7.1的槽面7.1.1。激光器10(可采用常规的激光器，以选绿色光源激光器为佳)垂直安装于转臂一5的第二端，且激光器10的出光嘴10.1的轴线与转臂一5的轴线平行，以保证入射光线沿转臂一5的轴线射入玻璃板8的正面。黑屏一11垂直安装于转臂二5的第二端，以保证经玻璃板8后的反射光线沿转臂二6的轴线射至黑屏一11。黑屏二12垂直安装于主轴1的第二端，以保证经玻璃板8后的折射光线在出射后可以到达黑屏二12。这样可以根据黑屏一11、黑屏二12上光点状态来确定全反射现象。

参见图2，示出本实用新型全反射演示教具的光路原理。同时参考图1，主轴1的轴线相当于图2中的法线MN，转臂一5、转臂二6的轴线与入射光线与反射光线重合。移动滑筒2时，转臂一5、转臂二6同步动作，且与主轴1的夹角相等，即相当于入射角θ1与反射角θ1’相等，确保反射光线到达黑屏一；同时光线从空气介质(折射率n1＝1)进入玻璃介质(折射率n2，待求)时还会产生折射，折射角为θ2。滑筒2开始滑动时，入射角θ1小于临界角，反射与折射均存在，因此黑屏一11及黑屏二12上均可看到光点；滑筒2继续滑动至某一位置之后，黑屏二12上的光点消失，仅剩下黑屏一11上的光点，此时为全反射现象。记下黑屏二12上光点刚好消失时转臂一5、转臂二6指针在刻度盘的读数，即可得到全反射发生时的入射角θ1，同时也得到临界角C，由此还可以根据sinC＝1/n2来求得玻璃的折射率n2。这样，不仅方便、直观地演示了全反射现象，还可以定量地获取临界角及介质折射率。

上述以玻璃板8为例对本实用新型的全反射演示教具进行了介绍。可以理解的时，玻璃板8也可以是其它待测介质的平板，其工作原理与上文相同，不再赘述。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种全反射演示教具，其特征在于，包括主轴、滑筒、连杆一、连杆二、转臂一、转臂二、圆盘、玻璃板、压簧、激光器、黑屏一及黑屏二：主轴过圆盘圆心且固定于圆盘，转臂一的第一端及转臂二的第一端分别铰接于圆盘圆心位置，连杆一的第一端与转臂一的中部铰接且连杆二的第一端与转臂二的中部铰接，连杆一的第二端及连杆二的第二端分别与主轴第一端上套装的滑筒铰接，移动滑筒可使得转臂一、转臂二同步转动来使转臂一、转臂二与主轴之间的夹角相等且滑筒滑动到位后通过锁紧元件锁紧于主轴上的锁紧槽，圆盘边缘设置刻度盘且转臂一在对应圆盘边缘位置设置指针一以及转臂二在对应圆盘边缘位置设置指针二，圆盘的中央设置与主轴垂直的圆盘槽来嵌入地装入玻璃板且使玻璃板的底部正面贴住圆盘槽的前槽面以使玻璃板与主轴垂直，压簧装于圆盘槽中且压簧的两端分别抵接玻璃板的底部背面与圆盘槽的后槽面来使得玻璃板的底部正面紧贴住圆盘槽的槽面，激光器垂直安装于转臂一的第二端且激光器的出光嘴的轴线与转臂一的轴线平行以保证入射光线沿转臂一的轴线射入玻璃板的正面，黑屏一垂直安装于转臂二的第二端以保证经玻璃板后的反射光线沿转臂二的轴线射至黑屏一及黑屏二垂直安装于主轴的第二端以保证经玻璃板后的折射光线在出射后到达黑屏二。

2.如权利要求1所述的全反射演示教具，其特征在于，主轴与圆盘之间的固定连接元件为螺钉。

3.如权利要求1所述的全反射演示教具，其特征在于，连杆一的第一端与转臂一的中部之间的铰接元件、连杆二的第一端与转臂二的中部之间的铰接元件、连杆一的第二端及连杆二的第二端与主轴第一端上套装的滑筒之间的铰接元件分别为铆轴。

4.如权利要求1所述的全反射演示教具，其特征在于，滑筒与主轴上的锁紧槽之间的锁紧元件为锁紧螺钉。

5.如权利要求1～4任一项所述的全反射演示教具，其特征在于，圆盘边缘设置的刻度盘采用0～±90°的角度标识。

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