CN211878847U - 光的折射定律定量探究仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光的折射定律定量探究仪，包括：用于盛放具有设定颜色的液体的透明正方体形或长方体形的水槽；固定在水槽后侧的360度刻度盘，所述水槽与刻度盘相对的侧壁与刻度盘表面平行；可活动地固定在水槽斜上方、用于向水槽内发射平行于刻度盘表面的激光的激光笔；以及固定在水槽斜上方、用于向激光笔与水槽之间喷雾的加湿器。本实用新型结构简单、设计巧妙、现象明显，试验时分别从水槽的正面和侧面观察折射光、反射光、入射光的变化，并通过刻度盘读取相应的入射角和折射角的大小，该光的折射定律定量探究仪适合各级中学使用。

Description

光的折射定律定量探究仪

技术领域

本实用新型涉及物理原理探究、展示设备，特别涉及一种光的折射定律定量探究仪。

背景技术

光的折射现象是指光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，从而使光线从不同介质的交界处发生偏折。由于光在两种不同的介质里传播速度不同，故在两种介质的交界处，传播方向发生变化。教材上的折射定律演示仪是一个粘靠在木板上的半圆形玻璃砖；有些教师做实验时，是用一个玻璃缸盛装液体，然后用激光灯穿过液体，让学生观察光的折射现象。演示效果不清晰，演示路径不均匀，容易发生中断，使用麻烦。更重要的是，这些实验仪器均无法得到折射角与入射角之间的定量关系，即折射角与入射角的正弦之比是一个常数。中学物理教材上关于探究折射定律的经典实验以及目前所见相关专利，都是只能用定性的办法研究折射角与入射角的关系。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种操作简单、既可以直观体现光的折射原理、又可以准确测量入射角和折射角的光的折射定律定量探究仪。

一种光的折射定律定量探究仪，包括：用于盛放具有设定颜色的液体的透明正方体形或长方体形的水槽；固定在水槽后侧的360度刻度盘，所述水槽与刻度盘相对的侧壁与刻度盘表面平行；可活动地固定在水槽斜上方、用于向水槽内发射平行于刻度盘表面的激光的激光笔；以及固定在水槽斜上方、用于向激光笔与水槽之间喷雾的加湿器。

作为一种实施方式，所述光的折射定律定量探究仪还包括一底座，所述底座的上方设有两个相对或相背设置的书立架，所述水槽置于两个书立架的上方。

优选的，所述底座上固定一具有垂直于底座表面的竖立面的框架，所述刻度盘固定在框架的竖立面上。

优选的，所述框架背面固定有磁板，所述激光笔固定在一空心木盒内，所述空心木盒上固定一铁片，所述铁片从框架正面通过磁板的吸附力贴在框架正面上，将激光笔可活动地固定在框架上。

优选的，所述的光的折射定律定量探究仪还包括竖立在所述底座上的T型台柱（8），所述T型台柱位于水槽一侧，所述加湿器固定在T型台柱上。

作为一种实施方式，所述刻度盘通过铁钉固定在框架上。

本实用新型能探讨折射角与入射角之间的定量关系，更深刻地揭示折射定律，有利于学生对折射定律更直观更深刻的理解。本实用新型结构简单、设计巧妙、现象明显，通过在底座上设置两个书立架，在书立架上固定一水槽，在水槽的后侧设置360度刻度盘并在水槽斜上方固定一激光笔，激光笔平行于刻度盘表面向水槽中发射激光，同时设置在水槽斜向上方的加湿器向水槽与激光笔之间喷雾，人为地在空气中增加了使激光发生漫反射的水雾，而透明水槽中具有设定颜色的液体，激光通过路径上的颜色颗粒漫反射激光，使激光笔发射的激光传播方向更加清晰，然后分别从水槽的正面和侧面观察折射光、反射光、入射光的变化，并通过刻度盘读取相应的入射角和折射角的大小，并比较它们的正弦之比，这就用定量的办法得到折射定律。使学生更直观、更深刻的理解折射定律。该折射定律定量探究仪适用于高中物理教学折射定律时对该定律的探究过程。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的光的折射定律定量探究仪的结构示意图。

图2为光的折射定律定量探究仪可展示的光的折反射原理图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本实用新型光的折射定律定量探究仪作进一步详细描述。

如图1所示，本实用新型一实施例中，光的折射定律定量探究仪主要包括正方体形或长方体形的水槽1、固定在水槽后侧的360度刻度盘2、可活动地固定在水槽斜上方的激光笔3、以及固定在水槽斜上方的加湿器4。

其中，水槽1用于盛放具有设定颜色的液体。该液体可为将可溶性颜料溶于水中制成，该颜料的颜色颗粒可漫反射激光。增加激光在该液体中通过时的漫反射程度，使得激光很容易地被观察到。同时，该液体应仍可透光，从而人眼越过水槽仍可观察到其后的刻度盘2上的刻度，从而可观察到折射光的角度。

为了精确观察，水槽1与刻度盘2相对的侧壁应与刻度盘2表面平行。刻度盘2为圆形或半圆形，其上绘制以360度的角度刻度，还可绘制有穿过刻度中心点并相互垂直的X轴和Y轴，X轴作为水平轴，Y轴作为竖直轴。X轴和Y轴将360度的角度刻度分为了四个象限。四个象限中，X轴上方的两个象限内的刻度数以Y轴为对称轴对称设置，X轴下方的两个象限内的刻度数也以Y轴为对称轴对称设置，Y轴两侧的两个象限也分别以X轴对称，且Y轴两端的刻度数为零，X轴两端的刻度数为90度。水槽1中添加的液体的多少应使得刻度盘2的X轴与水槽1内液体的表面齐平。

激光笔3用于向水槽内发射平行于刻度盘表面的激光。激光笔3可活动地固定，从而可演示不同的入射角度。

加湿器4用于向激光笔3与水槽1之间喷雾。激光相比普通光源具有单色性、绝对单向性，亮度更高的优点，也因为其绝对单向性的特点，在光线好的时候，由于空气中使激光发生漫反射的漂浮物太少，不易被人眼所观察到。因此本实用新型设置了用于向激光笔与水槽之间喷雾的加湿器，也即人为增加了使激光发生漫反射的水雾，使得激光在空气中传播的路径上也很容易地被观察到。优选的，使用可发射绿色激光的激光笔，因为人眼对绿色更敏感，使得激光传播方向对人眼来说更加清晰，更易被观察到。

更具体的，本实施例的光的折射定律定量探究仪还包括具有一平坦展示表面的底座6和竖立在底座6上的框架7。框架7可为一呈L形的木板，也可为其他具有垂直于底座6表面的竖立面的其他框架。360度刻度盘2可通过钉子和固定夹固定在长方形框架7的竖立面上，并确保X轴水平。

水槽1为长方体玻璃水槽，由于高度不够，放置在一对相对固定的书立架5（本实施例中高度为16cm、宽度为8cm）上，水槽1内添加浅紫色液体，液面与X轴齐平，且水槽侧壁与刻度盘2表面平行。

水槽1一侧（也即书立架5一侧）设置一用于放置加湿器4的T型台柱8，台柱8主要用于将加湿器4支撑在水槽的斜上方，使其可向激光笔3和水槽1之间喷射水雾，其喷射的水雾还应该进入水槽上方的开口内，使液体上方也有水雾。

框架7的背面固定一磁板（图未示），本实施例中，磁板固定在图1中刻度盘2的左上方和左下方象限的向外延伸区域内，加湿器4位于刻度盘2的左上方象限的向外延伸区域内。激光笔3固定在一空心木盒9内，空心木盒9上固定一铁片10。空心木盒9和借助铁片10和框架7背面的磁板的吸引力可活动地固定在框架7前表面上，并可在刻度盘2的左上方象限的向外延伸区域内活动，从而可根据需要向水槽1内的液体发射不同角度的激光，且激光的方向可与刻度盘内某一刻度重合，方便直观了解入射角度。可以理解的，其他实施例中，可将空心木盒9通过钉子固定在框架7上，而框架7上可设置多个钉孔位，使得钉子可***不同的钉孔位内，实现激光角度的调节。

试验时，在玻璃水槽1内先装入清水，玻璃水槽中清水的上限与刻度盘2上的水平线齐平，然后向清水内注入几滴紫色墨水（其他实施例中也可为其他颜色墨水），采用绿色激光笔经水槽斜上方向水槽内发射激光，此时，从玻璃水槽的正面观察时，折射光线、反射光线、入射光线可同时清晰地呈现出来，可以看到入射光有一部分折射进入水中并被折射，有一部分反射到空气中，所以看上去折射光、反射光比较弱，折射光线更靠近法线（法线也即Z轴，是刻度盘的垂直线）的方向偏折，与图2所示的光的折反射原理一致，光的入射角和反射角均为θ1，光的折射角为θ2。从玻璃水槽的侧面观察时发现，入射光、折射光、反射光与刻度盘平行，说明入射光、折射光、反射光在同一个平面内，通过改变入射角度，从玻璃水槽的正面观察发现入射光线与折射光线总是位于法线的两侧，通过刻度盘上的读数记录入射角和折射角的大小，借助excel处理得出入射角的正弦与折射角的正弦的比值是一个常数。或者引导学生通过计算入射角和响应折射角的正弦并比较两者的比值，让他们自主得到折射定律。这就达到了定量探究折射定律目的。

将激光笔移动到刻度盘2的左下方象限的向外延伸区域内，也即位于水槽1下方，让光穿过水槽1底部进入液体，再从液体中进入空气，并有部分被反射回液体中。观察可发现从水中射入空气的折射光向远离法线的方向偏折，如果用另一束激光逆着折射光的方向从空气斜射入玻璃水槽中，可以看到进入水中的折射光逆着原来入射光的方向射出，说明光路是可逆的。并且通过改变入射角度，从玻璃水槽的正面观察发现入射光线与折射光线总是位于法线的两侧，同时刻度盘上的刻度线可以记录入射角和折射角的大小，通过该折射试验仪可以直观体现光的折射原理，可以更直观的得出入射角与折射角之间的定量关系。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语诸如 “上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (6)

1.一种光的折射定律定量探究仪，其特征在于，包括：

用于盛放具有设定颜色的液体的透明正方体形或长方体形的水槽（1）；

固定在水槽后侧的360度刻度盘（2），所述水槽（1）与刻度盘（2）相对的侧壁与刻度盘表面平行；

可活动地固定在水槽（1）斜上方、用于向水槽内发射平行于刻度盘（2）表面的激光的激光笔（3）；以及固定在水槽斜上方、用于向激光笔与水槽之间喷雾的加湿器（4）。

2.根据权利要求1所述的光的折射定律定量探究仪，其特征在于，还包括一底座（6），所述底座的上方设有两个相对或相背设置的书立架（5），所述水槽（1）置于两个书立架的上方。

3.根据权利要求2所述的光的折射定律定量探究仪，其特征在于，所述底座（6）上固定一具有垂直于底座表面的竖立面的框架（7），所述刻度盘固定在框架的竖立面上。

4.根据权利要求3所述的光的折射定律定量探究仪，其特征在于，所述框架（7）背面固定有磁板，所述激光笔（3）固定在一空心木盒（9）内，所述空心木盒上固定一铁片（10），所述铁片从框架正面通过磁板的吸附力贴在框架正面上，将激光笔可活动地固定在框架上。

5.根据权利要求2所述的光的折射定律定量探究仪，其特征在于，还包括竖立在所述底座上的T型台柱（8），所述T型台柱位于水槽一侧，所述加湿器（4）固定在T型台柱上。

6.根据权利要求5所述的光的折射定律定量探究仪，其特征在于，所述刻度盘（2）通过铁钉固定在框架（7）上。

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