CN109003518A - 光的偏振性科普演示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开涉及一种光的偏振性科普演示装置。一种光的偏振性科普演示装置包括装置外壳(含正方形凹槽）、底座、液晶电视、水槽、观察屏、控制按钮；其中，所述的液晶电视不含前偏振片。一种光的偏振性科普演示装置，以动态画面观看偏振现象，打破了传统光偏振装置的光线单一性、无趣性。公众在了解光的偏振性的同时，还可了解液晶显示器的简单原理，以及透过水槽观察光的偏折现象。此演示装置操作简便、效果显著、成本低廉，便于移动，增加了互动性和趣味性，适于科技馆或可移动式科普大篷车的使用，公众通过亲身互动体验，能够直观生动的了解光的偏振性相关科普知识，弥补了科技展馆此类演示装置匮乏的局面。
Description
技术领域
本发明涉及一种光的偏振性科普演示装置，用于科技馆光学类展品的展出，属于光学科普教育领域。
背景技术
光（电磁波）是向前传播的横波，有垂直于前进方向（上下左右）的振动。自然光里，各个方向振动的光强度相同。但是一些物质，可以让某个相同方向的光透过，垂直该方向的光无法透过，这样透出来的那部分光称为“偏振光”。人眼无法分辨光的偏振方向，光有没有偏振看起来都没有区别。
液晶显示器的成像由3个主要部件组成：背光源、液晶层、偏振片。其中偏振片就是上面说的那种能过滤出偏振光的物质，液晶则是一种能用电控制偏振方向的物质（每个像素点都能单独控制）。显示器启动后背光源打开，液晶不通电时，偏振方向和偏光膜垂直，光透不过；液晶通电时，偏振方向和偏光膜相同，透出偏振光。
光偏振是光学研究中非常重要的内容，不仅在教学实验中占据着重要的位置，也是光学实验中必做的实验之一，更是大多数科技馆光学类展品的必有知识点，但是现有的实验装置存在着消光现象与理论不符，观看到的现象简单、单一、且往往都是静态图像。部分科技馆的此类科普演示装置硕大笨重，不易移动，如遇科普进校园等活动时，此展品因体积受到了限制。还有少部分科技馆仅通过文字、图片的方式向公众介绍光的偏振性。由于缺乏专门的光的偏振性科普演示装置，文字、图片的讲解方式枯燥、生硬、缺乏吸引力，不利于公众理解、掌握光偏振的原理、现象及应用。现阶段急需一种具有趣味性、互动性、可移动性、科学性的光的偏振性科普演示装置，适用于科技馆或可移动式科普大篷车使用，用于普及光的偏振性科普知识。
发明内容
发明目的：本发明为解决现有缺乏专门的光的偏振性科普演示装置，提供一种观看光的偏振性动态画面变化的科学现象，同时为科技馆、科普中心或可移动式科普大篷车提供一种具有趣味性、互动性、科学性强，使用方便，便于移动，成本低廉的光的偏振性科普演示装置。
技术方案：一种光的偏振性科普演示装置，包括装置外壳（含正方形凹槽）、底座、液晶电视、水槽、观察屏、控制按钮；其中，所述的装置外壳置于底座上，在位于眼睛观察的一侧的中心有正方形凹槽；所述的底座上有一控制按钮，按下后开启液晶电视；所述的液晶电视不含前偏振片，置于底座上，装置外壳最内侧；所述的水槽置于液晶电视前方，与液晶电视水平，且保持一定距离；所述的观察屏包括观察屏外框、偏振片、转轴、转动手柄；所述的观察屏安装在正方形凹槽内侧；所述的水槽上下方分别有带胶塞的注水孔和排水孔，水槽内部有塑料水草；所述的转轴两端分别安装在观察屏外框和正方形凹槽中心上；所述的观察屏外框可绕转轴进行360度旋转；所述的偏振片安装在观察屏外框中心轴上，与观察屏外框固定不动；所述的观察屏外框逆时针标注4个刻度标识（0、90、180、-90），其中与偏振片偏振方向平行的两端标注“0”、“180”，与偏振片偏振方向垂直的两端标注“90”、“-90”；所述的转动手柄安装在观察屏外框上。
有益效果：光的偏振性科普演示装置采用偏振片与液晶电视组合构成的科普演示装置，使公众看到的偏振现象为动态画面，并伴有液晶电视声音的输出，打破了传统光偏振装置的光线单一性、无趣性。此装置在公众了解光的偏振性的同时，还可了解液晶显示器的简单原理。光偏振性科普演示装置中观察屏可360度转动，公众可通过对偏振片的旋转，观察各个角度下不同的偏振效果。光的偏振性科普演示装置内水槽的应用一方面起到了人眼透过水槽观察光的偏折现象，一方面增强了现实逼真效果。光的偏振性科普演示装置成本低廉，体积小巧，便于移动，适用于科技馆及科普大篷车内使用。光的偏振性科普演示装置增加了互动性、趣味性、有利于公众理解光的偏振性。
附图说明
图1 为光的偏振性科普演示装置示意图。
图2为液晶电视结构图。
图3为水槽结构示意图。
图4为观察屏结构图。
图5为光在水槽中传播方向图。
其中，1、装置外壳；2、底座；3、液晶电视；4、水槽；5、观察屏；6、控制按钮；7、正方形凹槽。301、液晶电视外框；302、背光源；303、后偏振片；304、后玻璃；305、TFT基板；306、横向液晶分子；307、纵向液晶分子；308、彩色滤光膜；309前玻璃。401、注水孔；402、排水孔；403、塑料水草；404、胶塞；405、胶塞。501、观察屏外框；502、偏振片；503、转轴；504、转动手柄。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施详细描述本发明。
本发明光的偏振性科普演示装置包括装置外壳1（含正方形凹槽7）、底座2、液晶电视3、水槽4、观察屏5、控制按钮6。
如图1所示，其中：
1是装置外壳，采用透明亚克力制成。
2是底座，采用不锈钢制成。
3是液晶电视，其构成不含前偏振片。
4是水槽，采用透明亚克力制成，内部有塑料水草。
5是观察屏，观察屏外框由透明亚克力制成，偏振片为圆形，转轴与转动手柄由不锈钢制成。
6是控制按钮，线由保护膜包裹，采用金属不锈钢机械控制方形LED指示灯220V开关。
7是正方形凹槽，采用透明亚克力制成，与装置外壳是一体结构。
液晶电视3置于底座2上，装置外壳1最内侧，用于提供观看偏振现象时所需的动态画面，同时提供画面配套声音。
如图2所示，此演示装置中的液晶电视3与普通液晶电视的区别在于，不含前偏振片。液晶电视成像是通过背光源302发出光，经后偏振片303使光变为单一方向的光，再通过液晶层，液晶层是由前玻璃304、TFT基板305、横向液晶306、纵向液晶307、彩色滤光膜308、后玻璃309组成的，由于液晶分子在不同电压的作用下，旋转角度不同，与偏振片方向相同的横向液晶分子306将光出射，与偏振片方向垂直的纵向液晶307分子则不能使光出射，出射的光经彩色滤光膜308后变为彩色的光，普通的液晶电视前面有偏振片，经彩色滤光膜308出射的光再经由前偏振片的角度选择，最后形成不同的动态画面。液晶电视的成像原理是利用偏振片这个特性来完成，由于此装置中缺少前偏振片，所以按下控制按钮6后开启液晶电视，直接观看液晶电视3屏幕，只能看到全白的画面。
如图3所示，水槽2置于液晶电视3前方，并与液晶电视3保持一定距离，水槽2用于人眼观察水环境中光发生偏折现象，光在水槽2中的传播方向如图5所示，水槽2同时起到增强现实逼真效果的作用。水槽2内部有塑料水草403，起到装饰效果的作用。水槽2上方有带胶塞404的注水孔401，下方有带胶塞405的排水孔402，注水孔401和排水孔402的设计有利于在不拆除主体装置的情况下方便换水。
如图4所示，观察屏5安装在正方形凹槽内侧，包括观察屏外框501；偏振片502；转轴503；转动手柄504。观察屏外框501逆时针标注4个刻度标识“0”、“90”、“180”、“-90”。其中与偏振片偏振方向平行的两端标注“0”、“180”，与偏振片偏振方向垂直的两端标注“90”、“-90”。转轴503与偏振片502中心与正方形凹槽7中线相连接，并能绕轴中心进行360度旋转。转动手柄504安装在观察屏外框501上，并与之固定不动，转动转动手柄504，观察屏外框501随之一起转动。当观察屏外框501旋转至0或180度时，透过偏振片502可看到液晶电视3上的动态画面，当观察屏外框501旋转至90或-90度时，透过偏振片502看到液晶电视3上的画面变为黑色，当观察屏外框501由0度开始逆时针旋转再回到0度时，透过偏振片502可看到液晶电视3上的动态画面时有时无。因此，可以清楚的演示光的偏振性。
具体实施方案：
本发明光的偏振性科普演示装置，当观众按下控制按钮6后，开启液晶电视3，眼睛透过偏振片502观察液晶电视3屏幕，手握转动手柄504，转动观察屏外框501，观察不同角度下，透过偏振片502液晶电视3屏幕的变化，同时，水槽2的应用一方面起到了人眼透过水槽观察光的偏折现象，一方面增强了现实逼真效果。由此，可以清楚的演示光的偏振性。
Claims (7)
1.一种光的偏振性科普演示装置，其特征在于光的偏振性科普演示装置包括装置外壳（含正方形凹槽）、底座、液晶电视、水槽、观察屏、控制按钮；其中，所述的装置外壳置于底座上，在位于眼睛观察的一侧的中心有正方形凹槽；所述的底座上有一控制按钮，按下后开启液晶电视；所述的液晶电视不含前偏振片，置于底座上，装置外壳最内侧；所述的水槽置于液晶电视前方，与液晶电视水平，且保持一定距离；所述的观察屏包括观察屏外框、偏振片、转轴、转动手柄；所述的观察屏安装在正方形凹槽内侧。
2.根据权利要求1所述的光的偏振性科普演示装置，其特征是所述的水槽上下方分别有带胶塞的注水孔和排水孔，水槽内部有塑料水草。
3.根据权利要求1所述的光的偏振性科普演示装置，其特征是所述的转轴两端分别安装在观察屏外框和正方形凹槽中心上。
4.根据权利要求3所述的光的偏振性科普演示装置，其特征是所述的观察屏外框可绕转轴进行360度旋转。
5.根据权利要求4所述的光的偏振性科普演示装置，其特征是所述的偏振片安装在观察屏外框中心轴上，与观察屏外框固定不动。
6.根据权利要求5所述的光的偏振性科普演示装置，其特征是所述的观察屏外框逆时针标注4个刻度标识（0、90、180、-90），其中与偏振片偏振方向平行的两端标注“0”、“180”，与偏振片偏振方向垂直的两端标注“90”、“-90”。
7.根据权利要求1所述的光的偏振性科普演示装置，其特征是所述的转动手柄安装在观察屏外框上。
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