CN109272840B - 光学实验演示仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学实验演示仪，包括刻度板、光源及光路板。刻度板具有刻度面，刻度面上形成有法线，法线将刻度面分隔形成入射面及出射面，入射面及出射面绕法线可操作地旋转，以使入射面及出射面重合或错开，入射面及出射面设置有关于法线成轴对称分布的角度刻线。透明的光路板，安装于入射面或出射面，并沿垂直于法线的方向延伸，光路板具有与法线垂直的照射面，照射面上形成有反射部及折射部，光源发射的光束从入射面入射至反射部及折射部；其中，光路板可操作地沿光路板的延伸方向滑动，以使反射部或折射部与法线相交。本发明提供的光学实验演示仪具有较佳的可观性及教学效果。

Description

光学实验演示仪

技术领域

本发明涉及教学仪器技术领域，尤其涉及一种光学实验演示仪。

背景技术

在物理教学中，通常使用光学实验演示仪对光的反射定律以及折射定律进行直观的光路演示，以便于学生理解。然而，现有的光学实验演示仪无法对反射定律及折射定律进行清楚，完整的演示，可观性较差，导致教学效果不佳。

发明内容

基于此，有必要针对传统的光学实验演示仪可观性较差的问题，提供一种可观性较高的光学实验演示仪。

一种光学实验演示仪，包括：

刻度板，具有刻度面，所述刻度面上形成有法线，所述法线将所述刻度面分隔形成入射面及出射面，所述入射面及所述出射面绕所述法线可操作地旋转，以使所述入射面及所述出射面重合或错开，所述入射面及所述出射面设置有关于所述法线成轴对称分布的角度刻线；

光源；及

透明的光路板，安装于所述入射面或所述出射面，并沿垂直于所述法线的方向延伸，所述光路板具有与法线垂直的照射面，所述照射面上形成有反射部及折射部，所述光源发射的光束从所述入射面入射至所述反射部及所述折射部；

其中，所述光路板可操作地沿所述光路板的延伸方向滑动，以使所述反射部或所述折射部与所述法线相交。

在其中一个实施例中，所述刻度板为圆盘结构，所述法线与所述圆盘的直径重合。

在其中一个实施例中，还包括连接件，所述刻度板包括入射板及出射板，所述入射面位于所述入射板，所述出射面位于所述出射板，所述连接件安装于所述刻度板背向刻度面的表面，所述入射板通过所述连接件与所述出射板活动连接，以使所述入射面与所述出射面绕所述法线可旋转。

在其中一个实施例中，所述连接件为活页，所述活页为两个，两个所述活页沿所述法线的延伸方向间隔设置。

在其中一个实施例中，还包括反射膜，所述反射膜贴设于所述反射部。

在其中一个实施例中，还包括设置于所述出射面的固定套，所述光路板的一端可滑动地收容于所述固定套内，另一端延伸至所述入射面。

在其中一个实施例中，还包括支撑板，所述支撑板设置于所述入射面或所述出射面，并位于所述光路板背向所述照射面的一侧，所述支撑板沿垂直于所述法线的方向延伸。

在其中一个实施例中，还包括支撑架，所述刻度板可拆卸地安装于所述支撑架。

在其中一个实施例中，所述光源为激光光源。

在其中一个实施例中，所述刻度板为金属板，所述光源上设置有磁性结构，所述磁性结构可操作地吸附于所述刻度板。

上述光学实验演示仪，演示反射定律时，入射面与出射面重合形成刻度面。滑动光路板，以使反射部与法线相交。光源发射的光束从入射面入射，照射至反射部。光束在反射部发生反射，将从出射面出射。通过观察光束在入射面与法线的夹角以及光束在出射面与法线的夹角可知，两者相等。接着，旋转入射面及出射面，入射面与出射面错开，从入射面入射至反射部的光线将无法从出射面射出，因此，整个操作过程可将反射定律进行完整的演示。演示折射定律时，滑动光路板，以使折射部与法线相交。光源发射的光束从入射面入射，照射至折射部。光束经过光路板，将从出射面出射。通过观察光束在入射面与法线的夹角以及光束在出射面与法线的夹角可知，两者不相等。接着，旋转入射面及出射面，入射面与出射面错开，从入射面入射至反射部的光线将无法从出射面射出，因此，整个操作过程可将反射定律及折射定律进行完整的演示，从而具有较佳的可观性及教学效果。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中光学实验演示仪的正视图；

图2为图1所示的光学实验演示仪的后视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请一并参阅图1及图2，本发明较佳实施中提供的光学实验演示仪100包括刻度板110、光源120及光路板130。

刻度板110具有刻度面112。刻度面112上形成有法线113。具体地，刻度板110可以为圆盘结构、矩形结构、多边形结构或者其他结构。具体在本实施例中，刻度板110为圆盘结构，法线113与圆盘的直径重合。

圆盘结构具有高度的对称性。通过设置刻度板110为圆盘结构，并将法线113与圆盘的直径重合，便于在反射定律及折射定律进行演示时观察光束的光路，因而具有较佳的可观性。具体地，为具有最佳的可观性及操作性，应将刻度板110上的法线113与光束在反射及折射过程中的角度对称线重合。

法线113将刻度面112分隔形成入射面114及出射面115，入射面114及出射面115绕法线113可操作地旋转，以使入射面114及出射面115重合或错开。

具体在本实施例中，刻度板110包括入射板116及出射板117。入射面114位于入射板116，出射面115位于出射板117。光学实验演示仪100还包括连接件140，连接件140安装于刻度板110背向刻度面112的表面。入射板116通过连接件140与出射板117活动连接，以使入射面114与出射面115绕法线113可旋转。

入射板116及出射板117均为形状及尺寸相同的半圆。入射面114及出射面115位于刻度板110的同一侧。入射板116与出射板117活动连接，因此，入射板116及出射板117可相互之间转动。通过转动入射板116或出射板117，入射面114及出射面115可发生重合，使得形成的刻度面112为平面。或者，通过转动入射板116或出射板117，也可以使入射面114及出射面115错开，,形成的刻度面112为分裂的两个不同平面。

进一步地，在本实施例中，连接件140为活页。活页为两个，两个活页沿法线113的延伸方向间隔设置。

通过设置活页，可使得入射板116及出射板117在旋转时不发生相互分离，从而便于入射板116及出射板117的安装。而将两个活页沿法线113的延伸方向间隔设置，使得入射板116及出射板117在旋转的同时仍可保持连接的稳定性，故可防止入射板116从出射板117上掉落而影响光路的可观性。

入射面114及出射面115设置有关于法线113成轴对称分布的角度刻线118。具体地，角度刻线118可直接刻划形成于刻度盘的表面，或者也可以通过不干胶或者其他刻度纸贴合于刻度面112。为了便于直观的读取角度，入射面114及出射面115角度刻线118应关于法线113成轴对称分布，而且，角度刻线118应绕圆盘结构的圆周方向将360度的圆周角平均分成4等分的90度。法线113与0度线重合。入射面114及出射面115上均为0度到180度的角度范围。入射面114及出射面115关于法线113位置对称处的角度刻线118一致。

光源120用于向入射面114发射光束。具体地，为了便于操作者观察到较为清晰的光路，光源120发射的光束需具有较高的集成度。具体在本实施例中，光源120为激光光源。

激光光源发射的光束具有较高的聚集度。因此，光束在反射及折射的过程中衰减度较小，从而便于操作者可清晰地观察到光束从入射、折射及反射的路径，因而具有较佳的教学演示效果。

在本实施例中，刻度板110为金属板，光源120上设置有磁性结构，磁性结构可操作地吸附于刻度板110。

因此，可将光源120可拆卸地安装于刻度板110上，使得光学实验演示仪100具有较佳的集成度，从而方便携带。当需要对发射的光束进行角度调整时，将光源120拆卸，调整光束的发射角度后重新将光源120吸附于刻度板110上，从而具有较佳的操作简便性。

透明的光路板130，呈条形，安装于入射面114或出射面115，并沿垂直于法线113的方向延伸。光路板130具有与法线113垂直的照射面131，照射面131上形成有反射部132及折射部133。光源120发射的光束从入射面114入射至反射部132及折射部133。其中，光路板130可操作地沿光路板130的延伸方向滑动，以使反射部132或折射部133与法线113相交。具体地，当刻度板110竖直放置时，法线113应为竖直方向，光路板130沿水平方向延伸。

具体地，光路板130可以为透明的玻璃、塑料、或者其他透明材质。具体在本实施例中，光路板130为长条形的玻璃砖结构。玻璃砖的一侧表面安装于刻度面112，且该表面为磨砂面。光束照射到磨砂面容易发生漫反射，并从玻璃砖的多个方向出射，从而便于位于演示环境中多个位置的观察者均可观察到反射定律及折射定律的演示图。

此外，磨砂面在发生漫反射的同时，还便于观察者观察到光路板130内部的光束传播路径，从而便于提高光学实验演示仪100的可观性。

需要说明的是，在本实施例中，光路板130垂直于磨砂面的侧面设置为照射面131。照射面131的一条边与圆盘结构垂直于法线113的一直径重合。

具体地，反射部132可通过设置反射板、反射膜150或者其他反射件对光束进行反射，具体在本实施例中，光学实验演示仪100还包括反射膜150，反射膜150贴设于反射部132。

反射膜150可极大的提高照射面131的反射率，使得反射的光束具有较大的亮度，从而便于观察着反射线进行观察及角度的读取。

需要说明的是，在本实施例中，照射面131除设置反射膜150的位置外，其他位置均可发生折射，形成折射部133。

当进行反射定律演示时，入射面114与出射面115重合，刻度面112为平面。滑动光路板130，使得反射部132与法线113垂直相交形成反射中心点。光源120发生的光束经过入射面114入射至反射中心点，光束被反射，从出射面115射出。因此，可证明反射线、入射线及法线113在同一个平面，且反射线和入射线分居法线113的两侧。进而，通过角度刻线118，读取光束在入射面114与法线113的入射角及光束在出射面115与法线113的出射角可知，入射角与反射角相等。接着，旋转入射板116或出射板117，入射面114及出射面115错位，即入射面114及出射面115不再位于同一平面内，通过观察可知，从入射面114入射的光束将不再从出射面115射出。因此，再一次反向证明，在反射定律中，入射线与反射线位于同一平面内。

需要说明的是，为了使得反射部132与法线113具有相交的反射中心点，旋转入射板116或者反射板时，仅转动微小的角度。

当进行折射定律演示时，入射面114及出射面115重合，沿垂直于法线113的方向滑动光路板130，使得折射部133与法线113相交形成折射中心点。光源120发生的光束经过入射面114照射至折射中心点，并通过光路板130从光路板130与照射面131相对的一侧面射出形成折射线。折射线相对入射线发生偏折，并位于出射面115。由此可知，折射线、入射线及法线113位于同一平面，且折射线和入射线分居法线113的两侧。进而，通过角度刻线118，读取光束在入射面114与法线113的射入角及光束在出射面115与法线113的折射角并将其进行运算可知，射入角的正弦与折射角的正弦比值为一个确定值，此确定值即为折射率。通过旋转光源120，调整不同的射入角，并获得与之对应的折射角，并将射入角的正弦与折射角的正弦进行比较，在媒质确定的情况下，折射率为一个常数。接着，旋转入射板116或出射板117，入射面114与出射面115错位，即入射面114及出射面115不再位于同一平面内，通过观察可知，从入射面114入射的光束将不再从出射面115射出。因此，再一次反向证明，在折射定律中，入射线与折射线位于同一平面内。

因此，通过设置该光学实验演示仪100，可对这个反射定律及折射定律进行完整的演示，从而具有较佳的可观性及教学效果。

而且，刻度板110上角度刻线118的设置，还可对反射及折射过程中的角度变化进行定量分析，因而具有较佳的演示效果。

在本实施例中，光学实验演示仪100还包括设置于出射面115的固定套160，光路板130的一端可滑动地收容于固定套160内，另一端延伸至入射面114。

固定套160用于固定光路板130。具体地，光路板130的一端与固定套160的内壁阻尼滑动连接，当需要滑动光路板130时，操作者可对光路板130施加拉力，以拉动光路板130沿垂直于法线113的方向滑动。当操作者停止使用外力时，光路板130可通过固定套160固定于入射面114或出射面115。

具体地，固定套160设置于入射面114或出射面115，当入射面114与出射面115错开时，光路板130单独固定于入射面114或出射面115。因此，入射面114及出射面115相对法线113可操作地旋转将对光路板130的安装不产生影响。

进一步地，在本实施例中，光学实验演示仪100还包括支撑板170。支撑板170设置于入射面114或出射面115，并位于光路板130背向照射面131的一侧，支撑板170沿垂直于法线113的方向延伸。

通过设置支撑板170对光路板130进行支撑，从而可将光路板130稳定地固定于刻度板110。为达到良好的支撑作用，可将支撑板170的一端安装于入射面114，另一端延伸至出射面115。或者，支撑板170的一端安装于出射面115，另一端延伸至入射面114。并且，支撑板170位于入射面114的长度应大于支撑板170位于出射面115的长度。因此，支撑板170沿光路板130的延伸方向，并从光路板130的两端对光路板130进行支撑，从而具有较佳的支撑作用。

具体地，支撑板170的一端固定于入射面114或者出射面115，因此，当入射面114与出射面115错开时，支撑板170仍可对光路板130进行支撑，从而使得光路板130可稳定地固定于刻度板110上。

此外，为了防止反射膜150及支撑板170对折射线产生抵挡，需将反射膜150及支撑板170间隔并错位设置，以使得光束可从反射膜150及支撑板170的间隙透过并在光路板130发生偏折并射出。而且，当光路板130的一端固定于固定套160时，反射膜150与固定套160间隔设置，以防止光路板130在滑动的过程中，固定套160对反射膜150的设置产生干扰及损坏。

在本实施例中，光学实验演示仪100还包括支撑架180。刻度板110可拆卸地安装于支撑架180。

通过设置支撑架180，可将刻度板110稳定地固定于演示环境中。具体地，支撑架180包括底座181及支撑杆182，支撑杆182的一端安装于底座181，另一端与刻度板110可拆卸地固定连接。为了防止支撑杆182对入射面114及出射面115的旋转产生影响，支撑杆182应设置于法线113的一侧，并与法线113间隔设置。

在本实施例中，还包括连接杆191、支撑条192、螺杆193及压簧194。连接杆191相对支撑杆182倾斜设置。支撑条192为门形。若支撑杆182设置于入射板116背向入射面114的表面，则支撑条192设置于出射板117背向出射面115的表面。若支撑杆182设置于出射板117背向出射面115的表面，则支撑条192设置于入射板116背向入射面114的表面。连接杆191的两端分别与支撑杆182及支撑条192固定连接，并与法线113成角度设置。

通过设置连接杆191，可对入射板116及出射板117起到良好的支撑作用，从而便于入射面114及出射面115重合形成完整的刻度面112。而且，连接杆191的设置还可防止入射板116及出射板117发生转动而导致入射面114及出射面115在演示的过程中发生移动并错位。

螺杆193穿设于连接杆191与支撑条192相对的位置，以将连接杆191与支撑条192固定。压簧194套设于螺杆193，且其两端分别与出射板117背向出射面115的表面及支撑条192朝向出射板117的表面抵接。因此，当需要旋转入射板116及出射板117，将入射面114与出射面115错开时，使用较小的力将螺杆193拧松，进而，压簧194提供的弹性回复力可将螺杆193顶开，连接杆191与支撑条192的连接发生松动，故可操作入射板116与出射板117旋转，入射面114与出射面115错位，以用于反向证明反射定律及折射定律的准确性。

上述光学实验演示仪100，演示反射定律时，入射面114与出射面115重合形成刻度面112。滑动光路板130，以使反射部132与法线113相交。光源120发射的光束从入射面114入射，照射至反射部132。光束在反射部132发生反射，将从出射面115出射。通过观察光束在入射面114与法线113的夹角以及光束在出射面115与法线113的夹角可知，两者相等。接着，旋转入射面114及出射面115，入射面114与出射面115错开，从入射面114入射至反射部132的光线将无法从出射面115射出，因此，整个操作过程可将反射定律进行完整的演示。演示折射定律时，滑动光路板130，以使折射部133与法线113相交。光源120发射的光束从入射面114入射，照射至折射部133。光束经过光路板130，将从出射面115出射。通过观察光束在入射面114与法线113的夹角以及光束在出射面115与法线113的夹角可知，两者不相等。接着，旋转入射面114及出射面115，入射面114与出射面115错开，从入射面114入射至反射部132的光线将无法从出射面115射出，因此，整个操作过程可将反射定律及折射定律进行完整的演示，从而具有较佳的可观性及教学效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种光学实验演示仪，其特征在于，包括：

刻度板，具有刻度面，所述刻度面上形成有法线，所述法线将所述刻度面分隔形成入射面及出射面，所述入射面及所述出射面绕所述法线可操作地旋转，以使所述入射面及所述出射面重合或错开，所述入射面及所述出射面设置有关于所述法线成轴对称分布的角度刻线；

光源；及

透明的光路板，安装于所述入射面或所述出射面，并沿垂直于所述法线的方向延伸，所述光路板具有与法线垂直的照射面，所述照射面上形成有反射部及折射部，所述光源发射的光束从所述入射面入射至所述反射部及所述折射部；

其中，所述光路板可操作地沿所述光路板的延伸方向滑动，以使所述反射部或所述折射部与所述法线相交；

所述刻度板包括入射板及出射板，所述入射面位于所述入射板，所述出射面位于所述出射板，连接件安装于所述刻度板背向刻度面的表面，所述入射板通过所述连接件与所述出射板活动连接，以使所述入射面与所述出射面绕所述法线可旋转；

所述光学实验演示仪还包括支撑架，所述刻度板可拆卸地安装于所述支撑架，所述支撑架包括底座及支撑杆，所述支撑杆的一端安装于所述底座，另一端与所述刻度板可拆卸地连接；

还包括连接杆、支撑条、螺杆及压簧，所述支撑条与所述支撑杆分别固定于所述入射板及所述出射板，所述连接杆的两端分别与所述支撑杆及所述支撑条固定连接，并与所述法线成角度设置，所述螺杆穿设于所述连接杆与所述支撑条相对的位置，以将所述连接杆与所述支撑条固定，所述压簧套设于所述螺杆，且其两端分别与所述出射板背向所述出射面的表面及所述支 撑条朝向所述出射板的表面抵接。

2.根据权利要求1所述的光学实验演示仪，其特征在于，所述刻度板为圆盘结构，所述法线与所述圆盘的直径重合。

3.根据权利要求1所述的光学实验演示仪，其特征在于，所述连接件为活页，所述活页为两个，两个所述活页沿所述法线的延伸方向间隔设置。

4.根据权利要求1所述的光学实验演示仪，其特征在于，还包括反射膜，所述反射膜贴设于所述反射部。

5.根据权利要求1所述的光学实验演示仪，其特征在于，还包括设置于所述出射面的固定套，所述光路板的一端可滑动地收容于所述固定套内，另一端延伸至所述入射面。

6.根据权利要求1所述的光学实验演示仪，其特征在于，还包括支撑板，所述支撑板设置于所述入射面或所述出射面，并位于所述光路板背向所述照射面的一侧，所述支撑板沿垂直于所述法线的方向延伸。

7.根据权利要求1所述的光学实验演示仪，其特征在于，所述光源为激光光源。

8.根据权利要求1所述的光学实验演示仪，其特征在于，所述刻度板为金属板，所述光源上设置有磁性结构，所述磁性结构可操作地吸附于所述刻度板。

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