CN108877437B - 一种单缝衍射实验仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单缝衍射实验仪器，包括底板、LED灯和显示板，所述显示板通过第一支撑杆固定在底板上的左端，所述LED灯滑动连接在设置于底板上右端的第二支撑杆上，且第二支撑杆与显示板之间通过一根滑动杆相连；通过滑动杆将LED灯、显示板和两根伸缩杆形成的缝三者之间连成一条直线；方便单缝衍射的实验；能够对单缝衍射的多个影像因素均进行考虑，可以为学生提供很好的演示效果，加深对单缝衍射各个因素的记忆。
Description
技术领域
本发明涉及物理实验技术领域，具体为一种单缝衍射实验仪器。
背景技术
单缝衍射是光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物继续传播的一种现象。如果波长与缝、孔或障碍物尺寸相当或者更大时，衍射现象最明显。
光源和显示板到障碍物的距离均不是很远，并且没有使用透镜。此时光线不是平行光，即波阵面不是平面。这种情况是菲涅尔最早(1818年)描述的，所以称为菲涅尔衍射。
在研究单缝衍射的实验当中，我们普通的仪器在对这一现象进行研究时，难以对各种情况都进行分析，或者是分析时难度很大，仪器整体复杂度高，因此，有必要设计一种单缝衍射各个因素均有考虑的仪器。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种单缝衍射实验仪器，能够对单缝衍射的多个影像因素均进行考虑，可以为学生提供很好的演示效果，加深对单缝衍射各个因素的记忆；可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单缝衍射实验仪器，包括底板、LED灯和显示板，所述显示板通过第一支撑杆固定在底板上的左端，所述LED灯滑动连接在设置于底板上右端的第二支撑杆上，且第二支撑杆与显示板之间通过一根滑动杆相连；通过滑动杆将LED灯、显示板和两根伸缩杆形成的缝三者之间连成一条直线；方便单缝衍射的实验。
所述滑动杆下端滑动连接有转轴，所述转轴通过两根伸缩杆伸入到底板上表面的移动槽当中；通过两根伸缩杆的移动，伸缩杆底部再移动槽上进行移动可以让两根伸缩杆之间形成缝隙，伸缩杆在移动槽上移动时，伸缩杆可以进行伸缩。通过转轴的设置是为了让两根伸缩杆之间自由的进行张开和合并，形成不同大小的缝隙。
所述移动槽中部设置有转动机构，两根伸缩杆可插入至转动机构当中并带动转动机构转动；所述转动机构转动后与伸缩杆、转轴一起沿设置在底板上下面的第二滑轨和第三滑轨滑动。
作为本发明一种优选的技术方案，所述滑动杆与底板的表面平行，所述滑动杆与显示板在底板上的正投影之间相互垂直。
作为本发明一种优选的技术方案，所述滑动杆上安装有一摄像头，所述摄像头正对显示板，且显示板上端连接有一电子显示屏，所述电子显示屏内设置有控制器、定时器、图像处理器和画面分割器；所述摄像头、定时器、图像处理器和画面分割器均与控制器电连接，所述摄像头与电子显示屏均通过蓄电池进行供电，所述蓄电池设置在底板上靠近显示板的侧面。
摄像头实时采集显示板上的影像，传输到图像处理器当中进行处理后传输到控制器当中，控制器对各个不同情形下的显示板图像进行存储，并通过人为对控制器的控制，来调用出各个图像，利用画面分割器显示在电子显示屏上，方便学生的观看。
作为本发明一种优选的技术方案，所述移动槽设置在底板上表面，且滑动杆在底板上的正投影与移动槽相互垂直，所述伸缩杆随转轴的转动在移动槽内移动。
作为本发明一种优选的技术方案，所述转动机构包括转动块、短杆、移动块、齿轮和齿条，所述转动块设置在底板的上表面且其上开有与第二滑轨配合的横槽，所述伸缩杆沿移动槽移动时可伸入至横槽内；所述移动块设置在底板的下表面且与第三滑轨配合；第二滑轨和第三滑轨上下平行且均与移动槽为垂直设置，所述转动块通过短杆穿过移动块上的孔进入移动块内，该孔为短杆直径的两倍，所述短杆底部固定设置有齿轮，所述齿轮上啮合有两个朝向相反的齿条，所述移动块上开有供齿条伸出的齿条孔；所述第二滑轨和第三滑轨中部相互连通形成第一滑轨，所述第一滑轨供短杆移动，所述第一滑轨宽度为第二滑轨和第三滑轨宽度的三分之一；所述底板下表面的两侧均设置有多个插槽，所述插槽与齿条相互配合。
在转轴转动时，可以控制两个伸缩杆之间的夹角进行变化，从而控制伸缩杆在移动槽当中进行移动，这时伸缩杆之间形成的缝隙随之变化，LED灯通过该缝显示到显示板上的单缝衍射现象也出现变化，明暗条纹的间距与缝的宽度、单缝到显示板的距离成反比，当缝越小时，单缝衍射的明暗条纹间距变大；进一步的，当伸缩杆伸入到横槽内后，转轴与滑动杆之间通过一个转动件连接，该转动件可沿滑动杆滑动，通过转动件的转动能够带动伸缩杆(障碍物)的整体转动，从而当转动块转动45度-90度角时，伸缩杆由原来的两个伸缩杆障碍逐渐变小阻挡LED灯线路，障碍物的线度越大衍射现象越不明显，障碍物的线度越小衍射现象越明显，从而可以进行衍射现象与障碍物线度大小的变化关系展示。在转动块顺时针转动45度角过程中，利用短杆带动齿轮转动，移动块受到第三滑轨阻力不发生运动，齿条沿移动块的齿条槽往内缩进，可以使齿条从插槽当中伸出，此时，拉动转轴在滑动杆上进行滑动，由于齿条不受插槽阻力，转动块可以在第二滑轨上滑动，移动块可以在第三滑轨上滑动，短杆在第一滑轨上滑动，方便对伸缩杆进行移动，从而改变单缝到显示板的距离，观察单缝到显示板的距离变化与单缝衍射现象的变化关系。
作为本发明一种优选的技术方案，所述转动块为圆柱体且可在第二滑轨当中转动，所述移动块为方体且移动块与第三滑轨滑动配合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)能够提供给学生更加直观的了解单缝衍射的影响因素，包括障碍物尺寸、缝到显示板距离、缝的大小等因素与衍射现象之间的关系；
(2)能够利用巧妙的机械设置，将障碍物尺寸、缝到显示板距离、缝的大小进行结合处理，便于对实验仪器的操作；
(3)利用智能化显示，可以对单缝衍射进行电子屏显示并了解以往的多种结果进行分割显示，有利于对不同情形下的单缝衍射现象进行对比。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明转动机构示意图；
图3为本发明的齿条、齿轮啮合示意图；
图4为本发明底板仰视图；
图5为本发明的控制器电路连接示意图。
图中：1-底板；2-蓄电池；3-移动槽；4-转轴；5-伸缩杆；6-滑动杆；7-电子显示屏；8-摄像头；9-显示板；10-第一支撑杆；11-第二支撑杆；12-LED灯；13-转动机构；131-转动块；132-横槽；133-短杆；134-移动块；135-齿条；136-齿轮；14-插槽；15-第一滑轨；161-第二滑轨；162-第三滑轨。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：一种单缝衍射实验仪器，包括底板1、LED灯12和显示板9，其特征在于：所述显示板9通过第一支撑杆10固定在底板1上的左端，所述LED灯12滑动连接在设置于底板1上右端的第二支撑杆11上，且第二支撑杆11与显示板9之间通过一根滑动杆6相连；
所述滑动杆6下端滑动连接有转轴4，所述转轴4通过两根伸缩杆5伸入到底板1上表面的移动槽3当中；
所述移动槽3中部设置有转动机构13，两根伸缩杆5可插入至转动机构13当中并带动转动机构13转动；所述转动机构13转动后与伸缩杆5、转轴4一起沿设置在底板1上下面的第二滑轨161和第三滑轨162滑动。
优选的，所述滑动杆6与底板1的表面平行，所述滑动杆6与显示板9在底板1上的正投影之间相互垂直。
优选的，参照图5，所述滑动杆6上安装有一摄像头8，所述摄像头8正对显示板9，且显示板9上端连接有一电子显示屏7，所述电子显示屏7内设置有控制器、定时器、图像处理器和画面分割器；所述摄像头8、定时器、图像处理器和画面分割器均与控制器电连接，所述摄像头8与电子显示屏9均通过蓄电池2进行供电，所述蓄电池2设置在底板1上靠近显示板9的侧面。
优选的，所述移动槽3设置在底板1上表面，且滑动杆6在底板1上的正投影与移动槽3相互垂直，所述伸缩杆5随转轴4的转动在移动槽3内移动。
优选的，所述转动机构13包括转动块131、短杆133、移动块134、齿轮136和齿条135，所述转动块131设置在底板1的上表面且其上开有与第二滑轨161配合的横槽132，所述伸缩杆5沿移动槽3移动时可伸入至横槽132内；所述移动块134设置在底板1的下表面且与第三滑轨162配合；第二滑轨161和第三滑轨162上下平行且均与移动槽3为垂直设置，所述转动块131通过短杆133穿过移动块134上的孔进入移动块134内，该孔为短杆133直径的两倍，所述短杆133底部固定设置有齿轮136，所述齿轮136上啮合有两个朝向相反的齿条135，所述移动块134上开有供齿条135伸出的齿条孔；所述第二滑轨161和第三滑轨161中部相互连通形成第一滑轨15，所述第一滑轨15供短杆133移动，所述第一滑轨15宽度为第二滑轨161和第三滑轨162宽度的三分之一；所述底板1下表面的两侧均设置有多个插槽14，所述插槽14与齿条135相互配合。
优选的，所述转动块131为圆柱体且可在第二滑轨161当中转动，所述移动块134为方体且移动块134与第三滑轨162滑动配合。
本发明的工作原理：在转轴4转动时，可以控制两个伸缩杆5之间的夹角进行变化，从而控制伸缩杆5在移动槽3当中进行移动，这时伸缩杆5之间形成的缝隙随之变化，LED灯12通过该缝显示到显示板9上的单缝衍射现象也出现变化，明暗条纹的间距与缝的宽度、单缝到显示板的距离成反比，当缝越小时，单缝衍射的明暗条纹间距变大；进一步的，当伸缩杆5伸入到横槽132内后，转轴4与滑动杆6之间通过一个转动件连接，该转动件可沿滑动杆6滑动，通过转动件的转动能够带动伸缩杆5(障碍物)的整体转动，从而当转动块131转动45度-90度角时，伸缩杆5由原来的两个伸缩杆5障碍逐渐变小阻挡LED灯线路，障碍物的线度越大衍射现象越不明显，障碍物的线度越小衍射现象越明显，从而可以进行衍射现象与障碍物线度大小的变化关系展示。在转动块131顺时针转动45度角过程中，利用短杆133带动齿轮136转动，移动块134受到第三滑轨162阻力不发生运动，齿条135沿移动块134的齿条槽往内缩进，可以使齿条135从插槽14当中伸出，此时，拉动转轴4在滑动杆6上进行滑动，由于齿条135不受插槽14阻力，转动块131可以在第二滑轨161上滑动，移动块134可以在第三滑轨162上滑动，短杆133在第一滑轨15上滑动，方便对伸缩杆5进行移动，从而改变单缝到显示板的距离，观察单缝到显示板(光屏)的距离变化与单缝衍射现象的变化关系。
转轴4上设置有角度传感器，角度传感器对伸缩杆5之间的角度进行监测将其结果传输到控制器当中，控制器根据角度的变化和图像传感器的图像进行匹配，从而当需要进行观看时，可以匹配不同角度形成的单缝与相应的衍射图案。利用图像分割器进行多图像显示，方便学生的比较和记忆。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种单缝衍射实验仪器，包括底板(1)、LED灯(12)和显示板(9)，其特征在于：所述显示板(9)通过第一支撑杆(10)固定在底板(1)上的左端，所述LED灯(12)滑动连接在设置于底板(1)上右端的第二支撑杆(11)上，且第二支撑杆(11)与显示板(9)之间通过一根滑动杆(6)相连；
所述滑动杆(6)下端滑动连接有转轴(4)，所述转轴(4)通过两根伸缩杆(5)伸入到底板(1)上表面的移动槽(3)当中；
所述移动槽(3)中部设置有转动机构(13)，两根伸缩杆(5)可插入至转动机构(13)当中并带动转动机构(13)转动；所述转动机构(13)转动后与伸缩杆(5)、转轴(4)一起沿设置在底板(1)上下面的第二滑轨(161)和第三滑轨(162)滑动；
所述移动槽(3)设置在底板(1)上表面，且滑动杆(6)在底板(1)上的正投影与移动槽(3)相互垂直，所述伸缩杆(5)随转轴(4)的转动在移动槽(3)内移动；
所述转动机构(13)包括转动块(131)、短杆(133)、移动块(134)、齿轮(136)和齿条(135)，所述转动块(131)设置在底板(1)的上表面且其上开有与第二滑轨(161)配合的横槽(132)，所述伸缩杆(5)沿移动槽(3)移动时可伸入至横槽(132)内；所述移动块(134)设置在底板(1)的下表面且与第三滑轨(162)配合；第二滑轨(161)和第三滑轨(162)上下平行且均与移动槽(3)为垂直设置，所述转动块(131)通过短杆(133)穿过移动块(134)上的孔进入移动块(134)内，该孔为短杆(133)直径的两倍，所述短杆(133)底部固定设置有齿轮(136)，所述齿轮(136)上啮合有两个朝向相反的齿条(135)，所述移动块(134)上开有供齿条(135)伸出的齿条孔；所述第二滑轨(161)和第三滑轨(161)中部相互连通形成第一滑轨(15)，所述第一滑轨(15)供短杆(133)移动，所述第一滑轨(15)宽度为第二滑轨(161)和第三滑轨(162)宽度的三分之一；所述底板(1)下表面的两侧均设置有多个插槽(14)，所述插槽(14)与齿条(135)相互配合。
2.根据权利要求1所述的一种单缝衍射实验仪器，其特征在于：所述滑动杆(6)与底板(1)的表面平行，所述滑动杆(6)与显示板(9)在底板(1)上的正投影之间相互垂直。
3.根据权利要求1所述的一种单缝衍射实验仪器，其特征在于：所述滑动杆(6)上安装有一摄像头(8)，所述摄像头(8)正对显示板(9)，且显示板(9)上端连接有一电子显示屏(7)，所述电子显示屏(7)内设置有控制器、定时器、图像处理器和画面分割器；所述摄像头(8)、定时器、图像处理器和画面分割器均与控制器电连接，所述摄像头(8)与电子显示屏(9)均通过蓄电池(2)进行供电，所述蓄电池(2)设置在底板(1)上靠近显示板(9)的侧面。
4.根据权利要求1所述的一种单缝衍射实验仪器，其特征在于：所述转动块(131)为圆柱体且可在第二滑轨(161)当中转动，所述移动块(134)为方体且移动块(134)与第三滑轨(162)滑动配合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 325000 Zhejiang Province, Ouhai District, Wenzhou City, Sanyuan Street, Huangyu Village Temple in front of the joint construction of 9 buildings 4 Applicant after: WENZHOU RENHE CULTURAL CREATIVITY CO.,LTD. Address before: 325000 Second Floor, No. 30 Tangxi Road, Wutian Street, Ouhai District, Wenzhou City, Zhejiang Province Applicant before: WENZHOU RENHE CULTURAL CREATIVITY CO.,LTD. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230601 Address after: Room 407-408, No. 8 Lane 82, Yanji East Road, Yangpu District, Shanghai, 200082 Patentee after: Gu Daming Address before: 325000 Zhejiang Province, Ouhai District, Wenzhou City, Sanyuan Street, Huangyu Village Temple in front of the joint construction of 9 buildings 4 Patentee before: WENZHOU RENHE CULTURAL CREATIVITY CO.,LTD. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231009 Address after: Rooms 309, 310, and 311, 3rd floor, Building 5, No. 223 Zhangliantang Road, Liantang Town, Qingpu District, Shanghai, 200000 Patentee after: SHANGHAI HUIGUAN QIMAI MEDICAL INSTRUMENT CO.,LTD. Address before: Room 407-408, No. 8 Lane 82, Yanji East Road, Yangpu District, Shanghai, 200082 Patentee before: Gu Daming |