CN100495477C

CN100495477C - 一种光反射演示仪

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Publication number: CN100495477C
Application number: CNB2007100670164A
Authority: CN
Inventors: 蔡克毅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: CN101034507A

Abstract

一种光反射演示仪：一法线激光发射装置包括一支撑装置、一法线激光发射器和一反射镜，法线激光发射器和反射镜安装在支撑装置上，法线激光发射器固定在反射镜的反射层下面，反射镜的反射层刮去一点状部分，法线激光发射器发出的光束透过反射镜刮去点状反射层的部位垂直于反射镜镜面射出形成法线光束；一入射激光发射装置包括一入射支架和一入射激光发射器，入射激光发射器安装在入射支架上，入射支架安装在法线激光发射装置上，入射激光发射器发出的入射光束在反射镜镜面的入射点位于反射镜刮去点状反射层的部位。本发明的光反射演示仪可在立体空间动态将光学中虚拟的法线用法线光束直观的显示出来，并通过入射光束和反射光束的显示，反射光线、入射光线和法线三者的关系一目了然，特别是对其中的“三线共面”这一规律使学生更容易理解、记忆。

Description

一种光反射演示仪

技术领域

本发明涉及一种物理光学教学仪，特别是光反射演示仪。

背景技术

目前，在物理教学中，越来越多的运用到教学仪器来讲解枯燥生涩的物理定律，方便学生的理解和记忆。目前为止，还没有光反射定律的演示仪，虚拟的法线一直是我们想象中的，如何让虚拟的法线在演示仪中清楚的显示出来，使学生能直观的看到，目前，是很多物理教学老师希望解决的问题。

发明内容

本发明为解决无法将光反射定律清楚演示的问题，提供一种光反射演示仪。

为解决上述问题，本发明的光反射演示仪，其特征在于，包括一法线激光发射装置和一入射激光发射装置；法线激光发射装置包括一支撑装置、一法线激光发射器和一反射镜，法线激光发射器和反射镜安装在支撑装置上，法线激光发射器固定在反射镜的反射层下面，反射镜的反射层刮去一点状部分，法线激光发射器发出的光束透过反射镜刮去点状反射层的部位垂直于反射镜镜面射出形成法线光束；入射激光发射装置包括一入射支架和一入射激光发射器，入射激光发射器安装在入射支架上，入射支架安装在法线激光发射装置上，入射激光发射器发出的入射光束在反射镜镜面的入射点位于反射镜刮去点状反射层的部位。

本发明的光反射演示仪可在立体空间动态将光学中虚拟的法线用法线光束直观的显示出来，并通过入射光束和反射光束的显示，反射光线、入射光线和法线三者的关系一目了然，特别是对其中的“三线共面”这一规律使学生更容易理解、记忆。

本发明的光反射演示仪还包括和具有下列技术特征：

法线激光发射装置还包括一用透明材料制造的罩体，罩体安装在支撑装置上面，反射镜位于罩体内，支撑装置具有一烟雾进口与罩体内部空间连通。

支撑装置包括一支承组件和一支架组件；支承组件包括一底座、一长套筒和一托盘，底座包括一圆筒部分，托盘具有一中心孔，长套筒的上端与托盘的中心孔过盈配合，下端从底座的圆筒部分伸出，圆筒部分固定安装在长套筒上；支架组件包括一空心轴、一上套筒、一上支架、一法线激光发射器支承盘、一开关控制块和一下支架；空心轴固定安装在支承组件的长套筒内，两端伸出长套筒外，上套筒固定安装在空心轴的上端，上支架固定安装在上套筒的上端面上，上支架的底板具有一中心孔，与空心轴的中心孔相对，法线激光发射器支承盘可转动地支承在上支架的两侧板上端的孔中，开关控制块固定地套装在轴的下端，下支架固定安装在开关控制块的下端面上，下支架的底板具有一中心孔，与空心轴的中心孔相对，法线激光发射器和反射镜安装在上支架上，开关控制块上安装有电池和电开关，电池和开关与法线激光发射器电连接。

发射器支承盘包括一圆盘部分和圆筒部分，圆筒部分由圆盘部分的中心孔向下延伸而成，通过在圆筒部分筒壁上安装的一螺钉将法线激光发射器固定在圆筒部分内，法线激光发射器的激光发射点位于法线激光发射器支承盘的中心线上，反射镜安装在法线激光发射器支承盘内，将圆盘部分的中心孔遮蔽。

支撑装置还包括一传动组件，传动组件包括一下皮带轮组件、一中间皮带轮组件和一上皮带轮组件；下皮带轮组件的轴可转动地支承在下支架的两侧板下端的孔中，中间皮带轮组件的轴可转动地支承在上支架的两侧板下部份的孔中，上皮带轮组件的两水平短轴分别有一端与法线激光发射器支承盘对称的两侧固定连接，上皮带轮组件的两水平短轴的另一端分别可转动地支承在上支架两侧板上端的位于同一轴线的孔中，在下皮带轮组件与中间皮带轮组件之间和中间皮带轮组件与上皮带轮组件之间各有一传动皮带。

入射支架包括一连接座、一滑环组件、一入射激光发射器架和一固定支承板；连接座可转动地安装在套装在长套筒上，位于底座的圆筒部分和托盘之间，滑环组件包括一内圆环和一外圆环，外圆环固定安装在连接座的一侧，内圆环可在外圆环内转动，固定支承板固定安装在内圆环一侧，入射激光发射器架可移动地安装在固定支承板上，入射激光发射器可摆动地安装在入射激光发射器架上。

固定支承板是铁板；入射激光发射器架包括一方形平板和一框架，框架包括一底板部分和两侧板部分，方形平板固定在底板部分上，通过两螺钉将入射激光发射器可摆动地支承在两侧板部分之间，入射激光发射器架的方形平板用磁性材料制成。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的光反射演示仪作进一步的说明。

图1是本发明的光反射演示仪的主视图；

图2是图1的光反射演示仪的卸掉球形罩的立体图；

图3是图1的光反射演示仪的局部纵剖视图；

图4是图1的光反射演示仪沿A—A线的局部纵剖视图。

具体实施方式

如图1—3所示，本发明的光反射演示仪包括一法线激光发射装置1和一入射激光发射装置2。

法线激光发射装置1包括一支撑装置3、一法线激光发射器4、一反射镜5和一罩体6。

支撑装置3包括一支承组件8、一支架组件23和一传动组件24。

支承组件8包括一底座10、一长套筒11和一托盘12。底座10包括一圆筒部分15和三个Z形支架部分16，Z形支架部分16均布在圆筒部分15的外圆周壁上。圆筒部分15下端具有一凸台22，凸台22具有一径向螺纹孔。圆筒部分15具有一中心孔19。托盘12具有一中心孔17，盘底有一通孔9。长套筒11具有一中心孔18，近下端面处有一径向螺纹孔21。长套筒11的上端与托盘12的中心孔17过盈配合，下端从底座10的圆筒部分15的中心孔19伸出，通过安装在圆筒部分15下端凸台22的径向螺纹孔内的一螺钉20，将圆筒部分15固定安装在长套筒11上。

支架组件23包括一空心轴26、一上套筒27、一上支架28、一法线激光发射器支承盘40、一开关控制块30和一下支架31。空心轴26具有一中心孔33。空心轴26插入长套筒11的中心孔18内，两端伸出长套筒11外，通过安装在长套筒11的螺纹孔21内的一螺钉25轴向定位。上套筒27套装在空心轴26上端，与空心轴26过盈配合。上套筒27支承在长套筒11的上端面上。上支架28包括一底板部分95和两侧板部分96。上支架28的底板部分95通过螺钉固定在上套筒27的上端面上。底板95具有一中心孔35，与上套筒27的中心孔相对。法线激光发射器支承盘40包括一圆盘部分37和圆筒部分38。圆筒部分38由圆盘部分37的中心孔42向下延伸而成。通过在圆筒部分38筒壁上安装的一螺钉将法线激光发射器4固定在圆筒部分38内，法线激光发射器4的激光发射点100位于法线激光发射器支承盘40的中心线上。反射镜5安装在法线激光发射器支承盘40内，将中心孔42遮蔽。反射镜5的反射层44在下面，正对着法线激光发射器4的激光发射点100处的反射层44被刮除，使从法线激光发射器4的激光发射点100发出的激光可以穿过反射镜5从反射镜5的镜面垂直射出，形成法线光束。激光发射点100位于空心轴26的轴心延长线上。开关控制块30为一长方体，内有一垂直通孔45，开关控制块30通过垂直通孔45套在空心轴26的下端，通过安装在开关控制块30一螺纹孔内的一螺钉39将开关控制块30固定安装在空心轴26上。在开关控制块30的一孔内安装一电池组47，侧壁上安装有一控制开关48，电池组47、控制开关48和法线激光发射器4通过导线连接形成电通路。下支架31包括一底板部分97和两侧板部分98。底板部分97通过螺钉固定在开关控制块30的下端面上。底板部分97具有一中心孔99，与开关控制块30的垂直通孔45相对。

传动组件24包括一下皮带轮组件50、一中间皮带轮组件51和一上皮带轮组件52。

下皮带轮组件50包括一轴55、一齿形皮带轮56、一刻度盘57和一旋钮58。轴55可旋转地支承在下支架31的两侧板部分98下端的位于同一轴线的孔内。齿形皮带轮56固定安装在轴55的中部，位于开关控制块30的垂直通孔45的正下方。刻度盘57为一圆盘，套在轴55的右侧，通过螺栓固定在下支架31的右侧板部分98的右侧壁上。旋钮58套装在空心轴26的右端，通过销或键与轴55固定在一起。中间皮带轮组件51包括一轴60和两个齿形皮带轮61、62。轴60可旋转地支承在上支架28的两侧板部分98下部分的位于同一轴线的孔内。齿形皮带轮61固定安装在轴60的左端。齿形皮带轮62固定安装在轴60上，正对着上支架28的孔35。上皮带轮组件52包括两水平短轴41和一齿形皮带轮57。两水平短轴41分别有一端与法线激光发射器支承盘40对称的两侧固定连接，它们的另一端分别可转动地支承在上支架28两侧板部分96上端的位于同一轴线的孔内。齿形皮带轮57固定安装在一水平短轴41的左端，位于齿形皮带轮61的正上方。一齿形皮带53套装在齿形皮带轮56上，从空心轴26的中心孔33伸出后，套装在齿形皮带轮62上。一齿形皮带29套装在齿形皮带轮61和齿形皮带轮57上。

罩体6为一由塑料或其他透明材料制成的透明体，包括一球形壳体部分70和一圆柱壳体部分71。圆柱壳体部分71是由球形壳体部分70的下部中心孔向下延伸而成的，圆柱壳体部分71的圆孔72与球形壳体部分70内的空间连通。圆柱壳体部分71的外径与托盘12的圆侧壁内壁配合，通过安装在托盘12的圆侧壁上的螺钉将罩体6固定。

入射激光发射装置2包括一入射支架74和一入射激光发射器77。

入射激光发射器77为一带开关的激光发射器。入射支架74包括一连接座75、一导轨装置76、一入射激光发射器架78和一固定支承板82。连接座75为一半圆柱体，内有一轴向通孔79，连接座75通过轴向通孔79可旋转地套装在长套筒11上，位于底座10和托盘12之间。导轨装置76包括一滑环组件80和一固定板81。滑环组件80包括一内圆环83、一外圆环84和多个滚珠85。多个滚珠85位于内圆环83的半圆形圆环轨道和外圆环84的半圆形圆环轨道之间。固定板81为一与滑环组件80直径相同的一弧形板，中间沿径向向内和向外延伸成一四方形板部分，滑环组件80的外环84通过螺钉固定在固定板81的弧形板上，固定板81的四方形板部分通过螺钉固定在连接座75上。固定板81上有一面对内环83的螺纹孔87，一安装在螺纹孔87内的定位螺钉(图中未示出)可以使内环83和外环84相对固定。固定支承板82为一长方形板，通过螺钉固定在内环83上，固定支承板82和固定板81在内环83的同一侧。固定支承板82由铁制成。

入射激光发射器架78包括一方形平板89和一框架90。框架90包括一底板部分91和两侧板部分78。方形平板89固定在底板部分91上。通过两螺钉将入射激光发射器77可摆动地支承在两侧板部分78之间。入射激光发射器架78的方形平板89用磁性材料制成，可定位在固定支承板82的任何位置。

本发明的光反射演示仪的工作过程如下：

首先，使用喷烟器(图中未示出)通过托盘12盘底的通孔9向球形壳体部分70内喷射烟雾，然后开启控制开关48，从法线激光发射器4的激光发射点100发出的激光穿过反射镜5射出，在罩体6内形成一束与反射镜5的镜面垂直的法线光束，作为光学中的虚拟法线，由于罩体6内充满烟雾，此虚拟法线明显可见。此时，开启入射激光发射器77，调整发射角度，使入射激光发射器77发射的入射光束射到法线激光发射器4发出的法线光束与反射镜5的镜面交点处，产生反射光束，可以看到入射光束与法线光束的夹角和反射光束与法线光束的夹角相同，并且入射光束、法线光束和反射光束在同一平面内。

转动滑环组件80的内环83，可以看到随着入射光束与法线光束的夹角增大，反射光束与法线光束的夹角随之增大，二者始终相同，当入射光束与法线光束的夹角为零，即入射光束垂直反射镜5的镜面射到法线激光发射器4的法线光束与反射镜5的镜面交点处时，反射光束垂直反射镜5的镜面从法线激光发射器4的法线光束与反射镜5的镜面交点处反射出，此时，入射光束、法线光束和反射光束共线。还可以通过旋转滑环组件80，使每个方向的学生都可以看的清楚。另外，还可以通过旋转旋钮58使传动组件24工作，反射镜5绕两水平短轴41的共同轴线旋转，变换反射镜5的镜面---角度，使每个学生对入射光、法线和反射光在同一平面内有更深入的理解。

根据本发明的实施例已对本发明进行了说明性而非限制性的描述，但应理解，在不脱离由权利要求所限定的相关保护范围的情况下，本领域的技术人员可以做出变更和/或修改。

Claims

1、一种光反射演示仪，其特征在于，包括一法线激光发射装置和一入射激光发射装置；法线激光发射装置包括一支撑装置、一法线激光发射器和一反射镜，法线激光发射器和反射镜安装在支撑装置上，法线激光发射器固定在反射镜的反射层下面，反射镜的反射层刮去一点状部分，法线激光发射器发出的光束透过反射镜刮去点状反射层的部位垂直于反射镜镜面射出形成法线光束；入射激光发射装置包括一入射支架和一入射激光发射器，入射激光发射器安装在入射支架上，入射支架安装在法线激光发射装置上，入射激光发射器发出的入射光束在反射镜镜面的入射点位于反射镜刮去点状反射层的部位。

2、根据权利要求1所述的光反射演示仪，其特征在于，法线激光发射装置还包括一用透明材料制造的罩体，罩体安装在支撑装置上面，反射镜位于罩体内，支撑装置具有一烟雾进口与罩体内部空间连通。

3、根据权利要求1或2所述的光反射演示仪，其特征在于，支撑装置包括一支承组件和一支架组件；支承组件包括一底座、一长套筒和一托盘，底座包括一圆筒部分，托盘具有一中心孔，长套筒的上端与托盘的中心孔过盈配合，下端从底座的圆筒部分伸出，圆筒部分固定安装在长套筒上；支架组件包括一空心轴、一上套筒、一上支架、一法线激光发射器支承盘、一开关控制块和一下支架；空心轴固定安装在支承组件的长套筒内，两端伸出长套筒外，上套筒固定安装在空心轴的上端，上支架固定安装在上套筒的上端面上，上支架的底板具有一中心孔，与空心轴的中心孔相对，法线激光发射器支承盘可转动地支承在上支架的两侧板上端的孔中，开关控制块固定地套装在轴的下端，下支架固定安装在开关控制块的下端面上，下支架的底板具有一中心孔，与空心轴的中心孔相对，法线激光发射器和反射镜安装在上支架上，开关控制块上安装有电池和电开关，电池和开关与法线激光发射器电连接。

4、根据权利要求3所述的光反射演示仪，其特征在于，法线激光发射器支承盘包括一圆盘部分和圆筒部分，圆筒部分由圆盘部分的中心孔向下延伸而成，通过在圆筒部分筒壁上安装的一螺钉将法线激光发射器固定在圆筒部分内，法线激光发射器的激光发射点位于法线激光发射器支承盘的中心线上，反射镜安装在法线激光发射器支承盘内，将圆盘部分的中心孔遮蔽。

5、根据权利要求3所述的光反射演示仪，其特征在于，支撑装置还包括一传动组件，传动组件包括一下皮带轮组件、一中间皮带轮组件和一上皮带轮组件；下皮带轮组件的轴可转动地支承在下支架的两侧板下端的孔中，中间皮带轮组件的轴可转动地支承在上支架的两侧板下部份的孔中，上皮带轮组件的两水平短轴分别有一端与法线激光发射器支承盘对称的两侧固定连接，上皮带轮组件的两水平短轴的另一端分别可转动地支承在上支架两侧板上端的位于同一轴线的孔中，在下皮带轮组件与中间皮带轮组件之间和中间皮带轮组件与上皮带轮组件之间各有一传动皮带。

6、根据权利要求4所述的光反射演示仪，其特征在于，支撑装置还包括一传动组件，传动组件包括一下皮带轮组件、一中间皮带轮组件和一上皮带轮组件；下皮带轮组件的轴可转动地支承在下支架的两侧板下端的孔中，中间皮带轮组件的轴可转动地支承在上支架的两侧板下部份的孔中，上皮带轮组件的两水平短轴分别有一端与法线激光发射器支承盘对称的两侧固定连接，上皮带轮组件的两水平短轴的另一端分别可转动地支承在上支架两侧板上端的位于同一轴线的孔中，在下皮带轮组件与中间皮带轮组件之间和中间皮带轮组件与上皮带轮组件之间各有一传动皮带。

7、根据权利要求1或2所述的光反射演示仪，其特征在于，入射支架包括一连接座、一滑环组件、一入射激光发射器架和一固定支承板；连接座可转动地安装在套装在长套筒上，位于底座的圆筒部分和托盘之间，滑环组件包括一内圆环和一外圆环，外圆环固定安装在连接座的一侧，内圆环可在外圆环内转动，固定支承板固定安装在内圆环一侧，入射激光发射器架可移动地安装在固定支承板上，入射激光发射器可摆动地安装在入射激光发射器架上。

8、根据权利要求5所述的光反射演示仪，其特征在于，入射支架包括一连接座、一滑环组件、一入射激光发射器架和一固定支承板；连接座可转动地安装在套装在长套筒上，位于底座的圆筒部分和托盘之间，滑环组件包括一内圆环和一外圆环，外圆环固定安装在连接座的一侧，内圆环可在外圆环内转动，固定支承板固定安装在内圆环一侧，入射激光发射器架可移动地安装在固定支承板上，入射激光发射器可摆动地安装在入射激光发射器架上。

9、根据权利要求6所述的光反射演示仪，其特征在于，入射支架包括一连接座、一滑环组件、一入射激光发射器架和一固定支承板；连接座可转动地安装在套装在长套筒上，位于底座的圆筒部分和托盘之间，滑环组件包括一内圆环和一外圆环，外圆环固定安装在连接座的一侧，内圆环可在外圆环内转动，固定支承板固定安装在内圆环一侧，入射激光发射器架可移动地安装在固定支承板上，入射激光发射器可摆动地安装在入射激光发射器架上。

10、根据权利要求9所述的光反射演示仪，其特征在于，固定支承板是铁板；入射激光发射器架包括一方形平板和一框架，框架包括一底板部分和两侧板部分，方形平板固定在底板部分上，通过两螺钉将入射激光发射器可摆动地支承在两侧板部分之间，入射激光发射器架的方形平板用磁性材料制成。