CN110556044A - 一种光谱综合演示仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光谱综合演示仪，包括发光装置、开关装置、高压装置以及光谱成像装置，发光装置包括发光固定座以及多个放电管，发光固定座顶端设置有遮光罩，多个放电管依次设置于遮光罩内，开关装置包括开关固定座以及设置于开关固定座上的至少一个旋钮开关，多个放电管、至少一个旋钮开关以及高压装置依次电性连接，光谱成像装置包括成像固定座以及光栅，光栅设置于成像固定座上并与多个放电管对应。本发明的放电管设置于遮光罩内，通过遮光罩对外界灯光干扰进行阻挡，便于学生观察放电管色彩，有效提高演示效果，还设置旋钮开关替代传统的尖端放电装置人工夹持选择的方式，便于学生操作仪器同时观察实验现象。

Description

一种光谱综合演示仪

技术领域

本发明涉及教具技术领域，具体涉及一种光谱综合演示仪。

背景技术

原理物理学及量子力学基础是高中物理选修内容。这部分内容属于现代物理学前言领域。原子光谱特别是氢原子光谱是其中最重要的实验结果，是波尔模型以及量子力学的波粒二象性原理的实验基础之一。由于原子物理学及量子力学比较抽象，所以让学生确切观察氢原子光谱实验是很有必要的，这样能为使学生更深刻地理解其基本原理。

现有技术中，用于进行光谱演示的教具较少，通常使用尖端放电装置夹持放电管的两端，然后通入高压电使得放电管在高压电的条件下发光，从而实现光谱实验的操作。

现有的尖端放电装置是利用手持的触电金属杆，接触时不稳定，不可以长时间固定，不方便一人同时操作及观察实验现象，而且由于使用尖端放电产生高压，移动金属杆时不方便且存在较大安全隐患。并且现有的光谱演示仪其用于放电产生光谱的放电管一般直接裸露放置在外部，使得放电管发光时的色彩由于外部灯光干扰，使得学生不便于观察，大大降低光谱实验的演示效果，影响教学质量。

发明内容

为了解决上述光谱演示教具的实验操作不便、演示效果差的技术问题，本发明提供一种操作简单、演示效果好的光谱综合演示仪。

本发明公开的一种光谱综合演示仪，包括：发光装置、开关装置、高压装置以及光谱成像装置，发光装置包括：发光固定座以及多个放电管，发光固定座顶端设置有遮光罩，多个放电管依次设置于遮光罩内，开关装置包括：开关固定座以及设置于开关固定座上的至少一个旋钮开关，多个放电管、至少一个旋钮开关以及高压装置依次电性连接，光谱成像装置包括：成像固定座以及光栅，成像固定座位于发光固定座的一侧，光栅设置于成像固定座上并与多个放电管对应。

根据本发明的一实施方式，遮光罩表面设有黑色防光层。

根据本发明的一实施方式，发光固定座上设置有安装槽，多个放电管并排设置于安装槽内。

根据本发明的一实施方式，发光装置还包括：与多个放电管对应的多个聚光罩，多个聚光罩设置于安装槽内，每一聚光罩绕设于一放电管。

根据本发明的一实施方式，发光装置还包括：白炽灯管，白纸灯管设置于安装槽内并位于多个放电管的一侧。

根据本发明的一实施方式，发光装置还包括：整形光阑，发光固定座上开设有第一移动凹槽，整形光阑滑动设置于第一移动凹槽内。

根据本发明的一实施方式，开关装置还包括：单闸开关，单闸开关串联于至少一个旋钮开关以及高压装置之间。

根据本发明的一实施方式，成像固定座上开设有第二移动凹槽，光栅滑动设置于第二移动凹槽内。

根据本发明的一实施方式，光谱综合演示仪还包括：摄影装置，摄影装置包括摄影固定座以及摄影终端，摄影固定座上开设有第三移动凹槽，摄影终端滑动设置于第三移动凹槽并与光栅对应。

根据本发明的一实施方式，光谱综合演示仪还包括：显示终端，显示终端与摄影终端信号连接。

本发明的光谱综合演示仪的放电管设置于遮光罩内，通过遮光罩对外界灯光干扰进行阻挡，从而便于学生观察放电管在高压条件下发光显示的色彩，有效提高演示效果，同时设置旋钮开关选择放电管的通电放电的方式，替代传统的尖端放电装置人工夹持选择的方式，降低实验过程中的安全隐患，并且便于学生操作仪器同时观察实验现象，进一步提高教学质量。

附图说明

图1为本发明中光谱综合演示仪的结构示意图。

图2为图1中A部分的局部放大图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本发明光谱综合演示仪作进一步详细描述。

请参考图1至2所示，分别为本发明中光谱综合演示仪的结构示意图以及图1中A部分的局部放大图。

本发明提供一种光谱综合演示仪，其主要用于演示不同放电管在高压条件下的光谱，其主要包括发光装置100、开关装置200、高压装置300以及光谱成像装置400。其中发光装置100主要用于安装放电管并进行发光，发光装置100主要包括发光固定座110以及多个放电管120，其中发光固定座110的顶端设置有遮光罩111，遮光罩111的开口朝向光谱成像装置400，多个放电120依次设置于遮光罩111内，通过遮光罩111阻隔外界灯光对放电管120的发光时色彩的干扰，同时利用遮光罩111作为放电管120展示的背景。其中在遮光罩111的表面设有黑色防光层，具体的，黑色防光层采用黑色绝缘胶、黑色纸板材质，利用黑色不反光的原理，进一步提高放电管120的发光效果。

开关装置200主要用于控制发光装置100的通电与断电，并且对放电管120进行选择放电发光，开关装置200主要包括开关固定座210以及设置于开关固定座210上的至少一个旋钮开关220，多个放电管120、至少一个旋钮开关220以及高压装置300依次电性连接，通过高压装置300将市电转化为10kV-100kV范围的高压电，然后通过旋钮开关220选着对应放电管120导通进行发光，操作过程相对于传统通过尖端放电装置进行人工夹持的方式，更加便捷、安全。其中开关装置200还包括单闸开关230，单闸开关230串联于至少一个旋钮开关220以及高压装置300之间，通过单闸开关230作为总开关控制发光装置100的整体通电与导通，如此一来，便于学生进行操作。

高压装置300主要用于连接市电并转化为10kV-100kV范围的高压电，为多个放电管120提供高压电，其中在本申请中，高压装置300采用现有技术中的电子感应圈，并且设有罩设于电子感应圈的放电尖端的阻隔罩，实现对放电区域隔离，提高本发明的光谱综合演示仪的安全性能，同时避免高压放电产生的光辉对放电管120的发光造成影响，进一步提高放电管120的发光效果。

光谱成像装置400主要用于对放电管120通电发光后的光谱进行成像，从而便于学生对对应放电管120的光谱进行观察。光谱成像装置400主要包括成像固定座410以及光栅420，成像固定座410位于发光固定座110的一侧，光栅420设置于成像固定座410上并与多个放电管120对应。其中在本申请中，光栅420还可使用基于单峰衍射的狭缝、基于双缝干涉的双缝以及三棱镜等元件进行替代，从而实现成像。

在本申请中，放电管120的数量采用六个，并且六个放电管120分别充入氢、氦、汞、氖、氮、氩等气体，而旋钮开关220的数量可为一个或两个或两个以上，当旋钮开关220的数量为两个或两个以上时，旋钮开关220采用并联的方式连接同一回路中，其中旋钮开关220的每一档位对应其中一个放电管120，使得在操作本发明的光谱综合演示仪时，只需通过旋钮开关220进行选择不同的放电管120进行放电发光，从而实现观测不同气体的光谱成像。另外值得注意的是，为了便于对放电管120进行选择放电，发光固定座110上设置有标示带，其中标示带上记载了与放电管120对应的气体标识，同时旋钮开关220周围绕设有档位带，其中档位带上记载了与放电管120对应的气体标识。

在一实施例中，发光固定座110上设置有安装槽112，多个放电管120并排设置于安装槽112内，通过安装槽112对多个放电管120实现安装以及固定，并且，多个放电管120可于安装槽112内进行移动，从而便于对多个放电管120之间的间距进行调节，满足不同的观测需求。

在一实施例中，发光装置100还包括与多个放电管120对应的多个聚光罩130，其中聚光罩130的横截面为半圆形，多个聚光罩130设置于安装槽112内，并且每一聚光罩130绕设于一放电管120，通过聚光罩130使得放电管120发出的四处发散的光定向反射，从而增强放电管120的光强效果。

在另一实施例中，发光装置100还包括整形光阑140，其中发光固定座110上开设有第一移动凹槽113，其中整形光阑140滑动设置于第一移动凹槽113内，整形光阑140可通过第一移动凹槽113移动至对对应发光的放电管120位置，具体的，整形光阑140具有宽度可调节缝隙，通过整形光阑140对放电管120的光进行整形成形状规整并且细长的光束，在投影至光栅420上，使得所获得的光谱成为理想的线型光谱，从而提高本发明的光谱综合演示仪的演示效果。另外值得注意的是，成像固定座410上开设有第二移动凹槽411，光栅420滑动设置于第二移动凹槽411内，光栅420可于第二移动凹槽411内进行移动，从而使得光栅420可配合整形光阑140移动，保证光栅420上的放电管120的光谱成像效果。

为了提高教学效果，发光装置100还包括白炽灯管150，其中白纸灯管150设置于安装槽112内并位于多个放电管120的一侧。白炽灯管150接市电工作，其中白炽灯管120通电发出白光，其中白炽灯管150的白光为点光源，与多个放电管120的线性光源形成区别，利用白纸灯管120作为对比光源，有效提高本发明的光谱综合演示仪的教学效果。另外，在白纸灯管150周围绕设一聚光罩130，同样可加强白炽灯管150的灯光效果。

在一实施例中，光谱综合演示仪还包括摄影装置500，摄像装置500主要用于对光谱成像装置400上放电管120的光谱进行拍摄，为后续工作提供图像，其中摄影装置500包括摄影固定座510以及摄影终端520，摄影固定座510上开设有第三移动凹槽511，摄影终端520滑动设置于第三移动凹槽511内，通过使摄影终端520于第三移动槽511内滑动，使其与光栅420对应，从而实现对光栅420上的光谱成像进行拍摄。具体的，在本申请中，摄影终端520可采用智能手机或CCD摄像头等摄影设备。在又一实施例中，光谱综合演示仪还包括显示终端600，其中显示终端600与摄影终端520信号连接，换句话说，显示终端600与摄影终端520可通过有线连接或无线连接，进而将摄影终端520所获取的光栅420的光谱成像的图像进行放大显示，便于学生的观察，具体的，在本申请中，显示终端600可采用投影仪或中显示屏等显示设备。

本发明的光谱综合演示仪操作原理如下，将高压装置300连接市电转换成高压电，分别移动整形光阑140、光栅420以及摄影终端520，使三者相互对应且与一放电管120对应，旋转旋钮开关220，使对应放电管120通高压电工作发光，通过摄影终端520对光栅420上光谱成像进行拍摄，然后在显示终端600获取摄影终端520的图像数据并进行放大显示。

综上所述，本发明的光谱综合演示仪的放电管设置于遮光罩内，通过遮光罩对外界灯光干扰进行阻挡，从而便于学生观察放电管在高压条件下发光显示的色彩，有效提高演示效果，同时设置旋钮开关选择放电管的通电放电的方式，替代传统的尖端放电装置人工夹持选择的方式，降低实验过程中的安全隐患，并且便于学生操作仪器同时观察实验现象，进一步提高教学质量。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语诸如 “上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在本发明的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种光谱综合演示仪，其特征在于，包括：发光装置、开关装置、高压装置以及光谱成像装置，所述发光装置包括：发光固定座以及多个放电管，所述发光固定座顶端设置有遮光罩，多个所述放电管依次设置于所述遮光罩内，所述开关装置包括：开关固定座以及设置于所述开关固定座上的至少一个旋钮开关，多个所述放电管、至少一个所述旋钮开关以及高压装置依次电性连接，所述光谱成像装置包括：成像固定座以及光栅，所述成像固定座位于所述发光固定座的一侧，所述光栅设置于所述成像固定座上并与多个所述放电管对应。

2.根据权利要求1所述的光谱综合演示仪，其特征在于，所述遮光罩表面设有黑色防光层。

3.根据权利要求1所述的光谱综合演示仪，其特征在于，所述发光固定座上设置有安装槽，多个所述放电管并排设置于所述安装槽内。

4.根据权利要求3所述的光谱综合演示仪，其特征在于，所述发光装置还包括：与多个放电管对应的多个聚光罩，多个所述聚光罩设置于所述安装槽内，每一所述聚光罩绕设于一所述放电管。

5.根据权利要求3所述的光谱综合演示仪，其特征在于，所述发光装置还包括：白炽灯管，所述白纸灯管设置于所述安装槽内并位于多个所述放电管的一侧。

6.根据权利要求1所述的光谱综合演示仪，其特征在于，所述发光装置还包括：整形光阑，所述发光固定座上开设有第一移动凹槽，所述整形光阑滑动设置于所述第一移动凹槽内。

7.根据权利要求1所述的光谱综合演示仪，其特征在于，所述开关装置还包括：单闸开关，所述单闸开关串联于至少一个所述旋钮开关以及高压装置之间。

8.根据权利要求1所述的光谱综合演示仪，其特征在于，所述成像固定座上开设有第二移动凹槽，所述光栅滑动设置于第二移动凹槽内。

9.根据权利要求1至8任一所述的光谱综合演示仪，其特征在于，其还包括：摄影装置，所述摄影装置包括摄影固定座以及摄影终端，所述摄影固定座上开设有第三移动凹槽，所述摄影终端滑动设置于第三移动凹槽并与所述光栅对应。

10.根据权利要求9所述的光谱综合演示仪，其特征在于，其还包括：显示终端，所述显示终端与所述摄影终端信号连接。