CN105654824A - 一种光反射及折射定律探究仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光反射及折射定律探究仪，包括面板、底座、容仓、360°刻度盘、滑动架、激光笔、重垂线，面板通过支架安装在底座上，包含一个圆形跑道；底座上安装有水平仪，在底座与承载底座的接触面之间设置有安装在底座上的可调支腿；容仓为透明中空圆柱体，圆柱体的底面安装在面板或360°刻度盘上，360°刻度盘安装在圆柱体的其中一个底面或面板上；滑动架安装在面板的圆形跑道上，激光笔安装在滑动架上；重垂线的固定端安装在面板上。本发明利用水平仪，散射液体的液面和重垂线构成探究上述两定律中的“两面垂直”关系，结构简单，使用方便，演示清晰，完全不依赖刻度盘的漫反射呈现光路。

Description

一种光反射及折射定律探究仪及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种光反射及折射定律探究仪及其使用方法，属于教学设备技术领域。

背景技术

传统的教学主要是板书，而对于物理学，这种方式很难让学生有直接的感受，导致教学效果不佳。如光的教学中，气体和液体对光的散射，光发生反射、折射和全反射现象时的光路，这些现象如何快速、准确的呈现在学生面前，使得学生在学习过程中易于探究光的反射定律，折射定律和全反射发生的规律。现有技术中有利用激光演示反射的设备，但是，其结构不能充分的体现上述中气体和液体对光的散射，光发生反射、折射和全反射现象时的光路。因此，现有技术中依然缺乏能针对光的教学章节有用的教学仪器，在实际教学中需要一种结构简单，方便使用，演示清晰，能够十分方便的探究光反射和折射时反射光线、折射光线和入射光线所在的平面与反射面（界面）的垂直关系，完全不依赖刻度盘的漫反射呈现光路。

发明内容

为克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种结构简单，方便使用，演示清晰的光反射及折射定律探究仪，并公开其使用方法，能够十分方便的探究光反射和折射时反射光线、折射光线和入射光线所在的平面与反射面（界面）的垂直关系，完全不依赖刻度盘的漫反射呈现光路。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种光反射及折射定律探究仪，包括面板、底座、容仓、360°刻度盘、滑动架、激光笔、重垂线，所述面板通过支架安装在底座上，包含一个圆形跑道；所述底座上安装有水平仪，在底座与承载底座的接触面之间设置有安装在底座上的可调支腿；所述容仓为透明中空圆柱体，圆柱体的底面安装在面板或360°刻度盘上，360°刻度盘安装在圆柱体的其中一个底面或面板上；所述滑动架安装在面板的圆形跑道上，激光笔安装在滑动架上；所述重垂线的固定端安装在面板或容仓上。

进一步的，所述容仓上设置有注液口，通过注液口注入散射液体，所注入的散射液体填满容仓内空间的一半，液面位于90°刻度线。

进一步的，所述底座为圆形或方形，可调支腿设置3个或4个，当设置3个时，3个可调支腿构成等边三角形，当设置4个时，4个可调支腿构成矩形，水平仪位于圆形的圆心位置或方形的中心位置。

进一步的，所述重垂线的固定端安装在面板或容仓的中心上。

进一步的，所述光反射及折射定律探究仪的使用方法是：

一、探究光的反射定律，首先将探究仪置于教学台上，调节可调支腿，使水平仪处于水平状态，从而使刻度盘所在的面处于竖直状态，此时容仓内的液面水平；而后通过滑动架在面板圆形跑道上移动，带动激光笔移动到某一刻度位置，打开激光笔电源，使光发生反射，移近并调节重锤线，然后从重锤线外侧观察反射光和入射光线，此时如反射光线，入射光线和重锤线重合，则证明反射重锤线光线与入射光线所在的面是竖直的，与反射面垂直即两面垂直，从而引入法线的概念；此时，从360°刻度盘正面观察，得反射光线与入射光线分别位于法线两侧，即两线异侧；然后，多次改变入射角的大小并读、记入射角和反射角的度数，比较其大小，即可得到反射角等于入射角这一结论；

二、探究光的折射定律，首先将探究仪置于教学台上，调节可调支腿，使水平仪处于水平状态，从而使刻度盘所在的面处于竖直状态，此时容仓内的液面水平；而后通过滑动架在面板圆形跑道上移动，带动激光笔移动到某一刻度位置，打开激光笔电源，使光由空气斜射到液面，调节重垂线的位置，从重垂线外侧观察折射光线、反射光线跟重垂线重合，即折射光线与入射光线所在的平面和折射的界面垂直，从而引入法线的概念；此时，从360°刻度盘正面观察，得折射光线与入射光线分别在液体、空气两种不同的介质中，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，折射角小于入射角；或使光由液体斜射人空气，从正面观察，此时折射角大于入射角，随后逐渐增大入射角，当入射角增大到一定度数时，空气中的折射光线消失，只有反射现象存在，实现演示光的全反射，此时的入射角就是临界角。

本发明的有益技术效果是：利用水平仪，散射液体的液面和重垂线能够十分巧妙的构成探究上述两定律中的“两面垂直”关系的结构，结构简单，使用方便，演示清晰，能够十分方便的探究光反射和折射时反射光线、折射光线和入射光线所在的平面与反射面（界面）的垂直关系，完全不依赖刻度盘的漫反射呈现光路。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、底座，11、水平仪，12、可调支腿，2、面板，3、容仓，31、注液口，4、360°刻度盘，5、滑动架，6、激光笔，7、重垂线。

具体实施方式

如图1所示的一种光反射及折射定律探究仪，包括面板2、底座1、容仓3、360°刻度盘4、滑动架5、激光笔6、重垂线7，所述面板2通过支架安装在底座1上，包含一个圆形跑道；所述底座1上安装有水平仪11，在底座1与承载底座的接触面之间设置有安装在底座上的可调支腿12；所述容仓3为透明中空圆柱体，圆柱体的底面安装在面板2或360°刻度盘4上，360°刻度盘4安装在圆柱体的其中一个底面或面板2上；所述滑动架5安装在面板2的圆形跑道上，激光笔6安装在滑动架5上；所述重垂线7的固定端安装在面板2上。

对于360°刻度盘4的安装位置，由于容仓3本身是透明的，因此，对于面板2而言，360°刻度盘、容仓、面板的安装位置就由两种可能，但这两种可能均对实现本发明所要解决的技术问题没有影响，可以说效果相同。

所述容仓3上设置有注液口31，通过注液口31注入散射液体，所注入的散射液体填满容仓3内空间的一半，液面位于90°刻度线。

所述底座1为圆形或方形，可调支腿12设置3个或4个，当设置3个时，3个可调支腿构成等边三角形，当设置4个时，4个可调支腿构成矩形，水平仪11位于圆形的圆心位置或方形的中心位置。

所述重垂线7的固定端安装在面板2或容仓3的中心上。

所述光反射及折射定律探究仪的使用方法是：

一、探究光的反射定律，首先将探究仪置于教学台上，调节可调支腿，使水平仪处于水平状态，从而使刻度盘所在的面处于竖直状态，此时容仓内的液面水平；而后通过滑动架在面板圆形跑道上移动，带动激光笔移动到某一刻度位置，打开激光笔电源，使光发生反射，移近并调节重锤线，然后从重锤线外侧观察反射光和入射光线，此时如反射光线，入射光线和重锤线重合，则证明反射重锤线光线与入射光线所在的面是竖直的，与反射面垂直即两面垂直，从而引入法线的概念；此时，从360°刻度盘正面观察，得反射光线与入射光线分别位于法线两侧，即两线异侧；然后，多次改变入射角的大小并读、记入射角和反射角的度数，比较其大小，即可得到反射角等于入射角这一结论；

二、探究光的折射定律，首先将探究仪置于教学台上，调节可调支腿，使水平仪处于水平状态，从而使刻度盘所在的面处于竖直状态，此时容仓内的液面水平；而后通过滑动架在面板圆形跑道上移动，带动激光笔移动到某一刻度位置，打开激光笔电源，使光由空气斜射到液面，调节重垂线的位置，从重垂线外侧观察折射光线、反射光线跟重垂线重合，即折射光线与入射光线所在的平面和折射的界面垂直，从而引入法线的概念；此时，从360°刻度盘正面观察，得折射光线与入射光线分别在液体、空气两种不同的介质中，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，折射角小于入射角；或使光由液体斜射人空气，从正面观察，此时折射角大于入射角，随后逐渐增大入射角，当入射角增大到一定度数时，空气中的折射光线消失，只有反射现象存在，实现演示光的全反射，此时的入射角就是临界角。

针对现有技术中教学以及教学设备存在的问题，分析如下：

1、现在及传统的中学物理教材中光的反射定律、折射定律在没事先说明“反射光线（折射光线）与入射光线所在的平面跟反射面垂直”就引入“法线”是没有基础的，更是不科学的。两定律可表示如下：（1）光的反射定律：反射光线与入射光线所做的平面跟反射垂直（两面垂直）；反射光线与入射光线分别位于法线两侧；反射角等于入射角。（2）光的折射定律：折射光线与入射光线所做的平面跟反射直面（两面垂直）；折射光线与入射光线分别位于法线两侧；折射角随入射角的增大而增大。

2、事实上学生对“两平面相互垂直”的理解比“三条直线”在同一平面内的理解还要容易得多，如：教室内的地面与墙面是相互垂直的。传统中的光的反射定律、折射定律的表述只是不科学的习惯，在提倡创新的今天，应当改正。

3、本仪器利用水平仪，散射液体的液面和重垂线能够十分巧妙的探究上述两定律中的“两面垂直”关系，同时，只要证明了该两面垂直，由几何知识“三线共面“就是自然而然的了，这是其他同类仪器不具备的。

综上所述，可见本发明利用水平仪，水或散射液体的液面和重垂线能够十分巧妙的构成探究上述两定律中的“两面垂直”关系的结构，结构简单，使用方便，演示清晰，能够十分方便的探究光反射和折射时反射光线、折射光线和入射光线所在的平面与反射面（界面）的垂直关系，完全不依赖刻度盘的漫反射呈现光路。

以上实施例是对本发明内容的解释，不作为对本发明内容的限定，凡是本领域技术人员在本申请所公开基础上无创造性的变动，均在本申请的保护范围内。

Claims (5)

1.一种光反射及折射定律探究仪，其特征在于：包括面板（2）、底座（1）、容仓（3）、360°刻度盘（4）、滑动架（5）、激光笔（6）、重垂线（7），所述面板（2）通过支架安装在底座（1）上，包含一个圆形跑道；所述底座（1）上安装有水平仪（11），在底座（1）与承载底座的接触面之间设置有安装在底座上的可调支腿（12）；所述容仓（3）为透明中空圆柱体，圆柱体的底面安装在面板（2）或360°刻度盘（4）上，360°刻度盘（4）安装在圆柱体的其中一个底面或面板（2）上；所述滑动架（5）安装在面板（2）的圆形跑道上，激光笔（6）安装在滑动架（5）上；所述重垂线（7）的固定端安装在面板（2）或容仓（3）上。

2.根据权利要求1所述的光反射及折射定律探究仪，其特征在于：所述容仓（3）上设置有注液口（31），通过注液口（31）注入散射液体，所注入的散射液体填满容仓（3）内空间的一半，液面位于90°刻度线。

3.根据权利要求1所述的光反射及折射定律探究仪，其特征在于：所述底座（1）为圆形或方形，可调支腿（12）设置3个或4个，当设置3个时，3个可调支腿构成等边三角形，当设置4个时，4个可调支腿构成矩形，水平仪（11）位于圆形的圆心位置或方形的中心位置。

4.根据权利要求1所述的光反射及折射定律探究仪，其特征在于：所述重垂线（7）的固定端安装在面板（2）或容仓（3）的中心上。

5.如权利要求1所述的光反射及折射定律探究仪的使用方法，其特征在于：

一、探究光的反射定律，首先将探究仪置于教学台上，调节可调支腿，使水平仪处于水平状态，从而使刻度盘所在的面处于竖直状态，此时容仓内的液面水平；而后通过滑动架在面板圆形跑道上移动，带动激光笔移动到某一刻度位置，打开激光笔电源，使光发生反射，移近并调节重锤线，然后从重锤线外侧观察反射光和入射光线，此时如反射光线，入射光线和重锤线重合，则证明反射光线与入射光线所在的面是竖直的，与反射面垂直即两面垂直，从而引入法线的概念；此时，从360°刻度盘正面观察，得反射光线与入射光线分别位于法线两侧，即两线异侧；然后，多次改变入射角的大小并读、记入射角和反射角的度数，比较其大小，即可得到反射角等于入射角这一结论；

二、探究光的折射定律，首先将探究仪置于教学台上，调节可调支腿，使水平仪处于水平状态，从而使刻度盘所在的面处于竖直状态，此时容仓内的液面水平；而后通过滑动架在面板圆形跑道上移动，带动激光笔移动到某一刻度位置，打开激光笔电源，使光由空气斜射到液面，调节重垂线的位置，从重垂线外侧观察折射光线、反射光线跟重垂线重合，即折射光线与入射光线所在的平面和折射的界面垂直，从而引入法线的概念；此时，从360°刻度盘正面观察，得折射光线与入射光线分别在液体、空气两种不同的介质中，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，折射角小于入射角；或使光由液体斜射人空气，从正面观察，此时折射角大于入射角，随后逐渐增大入射角，当入射角增大到一定度数时，空气中的折射光线消失，只有反射现象存在，实现演示光的全反射，此时的入射角就是临界角。