CN205487047U - 光路可逆演示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光路可逆演示器，包括容器（1）、瞄准器（4）、光具盘（7）、第一激光器（8）、第二激光器（9）、游体（2），其特征在于：容器（1）为无盖腔体，容器（1）前侧是透明的观察面，游体（2）系在容器（1）底部，容器（1）外部设置有固定架（5），固定架（5）上可转动地装有瞄准器（4），瞄准器（4）内部套装有折射杆（3），折射杆（3）倾斜插入容器（1）内，第二激光器（9）密封固定在游体（2）内，第二激光器（9）开关（10）通过导线固定在容器（1）外，光路可逆演示器配套有活动光具盘（7）。所述光具盘（7）可沿中间轴折叠，且光具盘（7）的刻度从竖直方向的0°逐渐向两侧增加至水平方向的90°。本实用新型操作简单、效果明显、直观性强、适用广泛。

Description

光路可逆演示器

技术领域

本实用新型属于教学实验器材技术领域，具体来说涉及一种光路可逆演示器。

背景技术

当光线逆着原来的反射光线（或折射光线）的方向射到煤质界面时，必然会逆着原来的入射方向反射（或折射）出去，光线的这种性质叫做光路可逆。关于光路可逆，现行的教材中仅指出：“光在反射时，光路是可逆的”，“光在折射时，光路也是可逆的”，并没有进行详细的分析及应用举例，以至于学生对光路的可逆的不够重视，认为这个知识点无关紧要，可实际上我们解决有关光路的习题中，如果能够想到利用光路可逆这一重要原理，不仅能够有助于对某些光学知识的记忆（例如，可由“平行与主轴的光线经凸透镜折射后汇聚于焦点”得出“自凸透镜焦点发出的光线会平行于主光轴射出”；可由光由空气射入其他透明介质的折射规律得出光从其他透明介质射入空气中的折射规律等），还可以让学生对许多光现象的理解与运用变得非常简单。应用光路可逆原理还可以确定观察范围、确定物点的位置、确定入射光线的位置、确定焦点的位置等，是解决一些疑难光学问题的捷径。

在现有实际教学过程中，用实验验证“光在反射时，光路是可逆的”比较简单，但要用实验验证“光在折射时，光路也是可逆的”就非常困难，有的老师自制教具演示光路可逆，即在鱼缸或水箱中间放一枚硬币，退至只能看见半个硬币的地方，此时光线从水中到空气（从硬币到眼睛），然后熄灯，在原眼睛所在位置放手电筒，照向鱼缸或水箱，水中硬币恰有一半被照亮，此时光线从空气到水中（从手电筒到硬币）。但该实验存在以下几个缺点：（1）操作麻烦。

（2）演示时很难保证手电筒和原眼睛位置一致。

（3）硬币太小，不直观，只有前排的同学能够看到。

（4）手电筒发出的光很散，且离鱼缸或水箱有一定距离，光线很弱，光的传播现象不明显，可视性不强，很难看清楚“水中硬币恰有一半被照亮”。

（5）所用鱼缸或水箱，一是侧面宽度较大，在教室座位两侧的同学观察时会出现较大的视角偏差；二是水腔四周用一样的玻璃，易产生镜面反射，影响学生观察光路。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述缺点而提供的一种操作简单、效果明显、直观性强、适用广泛的光路可逆演示器。

本实用新型目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本实用新型的光路可逆演示器，包括容器、瞄准器、第一激光器、第二激光器、游体，其中：容器为无盖腔体，容器前侧是透明的观察面，游体系在容器底部，容器外部设置有固定架，固定架上可转动地装有瞄准器，瞄准器内部套装有折射杆，折射杆倾斜插入容器内，第二激光器密封固定在游体内，第二激光器开关通过导线固定在容器外，光路可逆演示器配套有活动光具盘。

上述光路可逆演示器，其中：所述容器由底面玻璃和侧面玻璃粘合制成或一次性成型，前侧为透明玻璃，其余侧面和底面均为带有黑色内衬的玻璃或毛玻璃。

上述光路可逆演示器，其中：所述容器宽度为5-15厘米。

上述光路可逆演示器，其中：所述容器的材质为有机玻璃，优选亚克力板。

上述光路可逆演示器，其中：所述所述容器内装入的液体为硝酸银溶液。

上述光路可逆演示器，其中：所述固定架可以为铁架台、三脚架或升降台，且固定架上设置有调节螺钉。

上述光路可逆演示器，其中：所述第一激光器和第二激光器为绿光激光器或氦氖激光器。

上述光路可逆演示器，其中：所述第一激光器和第二激光器前端设有圆柱形玻璃棒，玻璃棒的轴线与激光器的轴线垂直，玻璃棒紧贴激光器的光线发出口设置。

上述光路可逆演示器，其中：所述光具盘可沿中间轴折叠，且光具盘的刻度从竖直方向的0°逐渐向两侧增加至水平方向的90°。

本实用新型同现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本实用新型具有以下优点：（1）结构、操作简单，现象明显，能准确、清楚、直观地演示渔夫叉鱼实验、光路可逆实验，光发生折射时折射角和入射角的大小关系、入射光线垂直入射时折射光线的方向变化、折射光线、入射光线、法线之间的关系等多组实验。（2）第二激光器密封固定，确保从第一激光器发出的激光通过瞄准器从空气斜射向游体的折射光线与第二激光器的激光从游体通过硝酸银溶液斜射向空气的入射光线重合。（3）人眼对绿光的视觉效果比手电筒发出的光和红光强得多，相同功率的视觉亮度大约是红激光的8倍，半浑浊溶液中微粒对绿光的散射更强，使用绿光激光器有着比红光激光器更强的视觉效果。采用氦氖激光器功率小，光束质量好发散角小于1mrad，单色性好线宽小于20Hz，亮度高，输出稳定。（4）利用硝酸银溶液显示光的传播径迹，无异味、稳定、不受环境因素影响、现象明显。（5）容器的宽度可设置为5-15厘米，在教室座位两侧的同学观察时不会出现较大的视角偏差，激光穿过硝酸银溶液时衰减很慢。（5）容器面向学生一侧透明作为观察面，而其余侧面均为带有黑色内衬的玻璃或毛玻璃，不会产生镜面反射，加深对比度，光路更清晰。（7）本实用新型配有活动光具盘，且光具盘的刻度从竖直方向的0°逐渐向两侧增加至水平方向的90°，可直接读出入射角和折射角，无需进行运算，能清楚地演示随着激光入射角度的变化，引起入射光线和折射光线的变化，方便学生总结折射规律，可定量分析光的折射定律，可直观演示“三线共面”。总之，本实用新型操作简单、效果明显、直观性强，适合教学过程中光路可逆、光的折射演示实验的推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为光具盘的结构示意图；

图3为实施例二、实施例三的使用状态图；

图中标识：

1、容器；2、游体；3、折射杆；4、瞄准器；5、固定架；6、调节螺钉；7、光具盘；8、第一激光器；9、第二激光器；10、第二激光器开关；

11、硝酸银溶液。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的光路可逆演示器具体实施方式、结构、特征及其功能，详细说明如后。

参见图1至图2，光路可逆演示器，包括容器1、瞄准器4、光具盘7、第一激光器8、第二激光器9、游体2，其中：容器1为无盖容器，容器1前侧是透明的观察面，游体2系在容器1底部，容器1外部设置有固定架5，固定架5上可转动地装有瞄准器4，瞄准器4内部套装有折射杆3，折射杆3倾斜插入容器1内，第二激光器9密封固定在游体2内，第二激光器9开关10通过导线固定在容器1外，光路可逆演示器配套有活动光具盘7。所述容器1由底面玻璃和侧面玻璃粘合制成，前侧为透明玻璃，其余侧面和底面均为带有黑色内衬的玻璃。所述容器1的材质为有机玻璃。所述容器1内装入的液体为硝酸银溶液。所述固定架5可以为铁架台、三脚架或升降台，且固定架5上设置有调节螺钉6。所述第一激光器8和第二激光器9为绿光激光器或氦氖激光器。所述第一激光器和第二激光器前端设有圆柱形玻璃棒，玻璃棒的轴线与激光器的轴线垂直，玻璃棒紧贴激光器的光线发出口设置。所述光具盘7可沿中间轴折叠，且光具盘7的刻度从竖直方向的0°逐渐向两侧增加至水平方向的90°。

实施例一：演示渔夫叉鱼和光路可逆实验

参见图1，实验步骤如下：（1）在容器1中加自来水，并滴入几滴硝酸银搅拌均匀制得硝酸银溶液11，将瞄准器4固定在固定架5上，通过调节螺钉6调整瞄准器4的位置让使用者刚好瞄准到游体2上；（2）让使用者用折射杆3穿过瞄准器4正对着游体2方向去叉游体2，观察到游体2在折射杆3下方且叉不到游体2；（3）打开第一激光器8，让激光通过瞄准器4从空气斜射向游体2，结果发现激光在硝酸银溶液11与空气的界面处发生了偏折，偏折后刚好射到游体2上。（4）关掉第一激光器8，打开第二激光器开关10，让激光从游体2通过硝酸银溶液11斜射向空气，结果发现激光在硝酸银溶液11与空气的界面处同样发生了偏折，且偏折后刚好射到瞄准器4内，或者同时打开第一激光器8和第二激光器9，观察光路是否重合？由此说明“光在折射时，光路也是可逆的”。

实施例二：演示光发生折射时折射角和入射角的大小关系

如图3所示，往容器1里加自来水，在自来水里滴几滴硝酸银搅拌均匀制得硝酸银溶液11，将活动光具盘7放入容器1并紧靠其后侧面，然后将第一激光器8固定在固定架5上，打开第一激光器8，让激光从空气斜射入硝酸银溶液11，调整第一激光器8的位置使入射角分别为30度、45度、60度，观察折射角的变化。同理，让激光从硝酸银溶液11斜射入空气，调整第一激光器8的位置使入射角分别为30度、45度、60度，观察折射角的变化。

实施例三：演示折射光线、入射光线、法线之间的关系

如图3所示，往容器1里加自来水，在自来水里滴几滴硝酸银搅拌均匀制得硝酸银溶液11，将活动光具盘7放入容器1并紧靠其后侧面，然后将第一激光器8固定在固定架5上，打开第一激光器8，让激光从空气斜射入硝酸银溶液11，调整第一激光器8的位置使入射角为30度，观察折射光线、入射光线、法线之间的关系，然后转动活动光具盘7，让折射光线、入射光线、法线不在同一平面上，观察折射光线、入射光线、法线之间的关系，再调整第一激光器8的位置使入射角分别为45度、60度，观察折射光线、入射光线、法线之间的关系，然后转动活动光具盘7，让折射光线、入射光线、法线不在同一平面上，观察折射光线、入射光线、法线之间的关系。同理，让激光从硝酸银溶液11斜射入空气，调整第一激光器8的位置使入射角分别为30度、45度、60度，观察观察折射光线、入射光线、法线之间的关系。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种光路可逆演示器，包括容器（1）、瞄准器（4）、光具盘（7）、第一激光器（8）、第二激光器（9）、游体（2），其特征在于：容器（1）为无盖腔体，容器（1）前侧是透明的观察面，游体（2）系在容器（1）底部，容器（1）外部设置有固定架（5），固定架（5）上可转动地装有瞄准器（4），瞄准器（4）内部套装有折射杆（3），折射杆（3）倾斜插入容器（1）内，第二激光器（9）密封固定在游体（2）内，第二激光器（9）开关（10）通过导线固定在容器（1）外，光路可逆演示器配套有活动光具盘（7）。

2.如权利要求1所述的光路可逆演示器，其特征在于：所述容器（1）由底面玻璃和侧面玻璃粘合制成或一次性成型，前侧为透明玻璃，其余侧面和底面均为带有黑色内衬的玻璃或毛玻璃。

3.如权利要求1或2所述的光路可逆演示器，其特征在于：所述容器（1）宽度为5-15厘米。

4.如权利要求1或2所述的光路可逆演示器，其特征在于：所述容器（1）的材质为有机玻璃，优选亚克力板。

5.如权利要求1或2所述的光路可逆演示器，其特征在于：所述容器（1）内装入的液体为硝酸银溶液。

6.如权利要求1所述的光路可逆演示器，其特征在于：所述固定架（5）可以为铁架台、三脚架或升降台，且固定架（5）上设置有调节螺钉（6）。

7.如权利要求1所述的光路可逆演示器，其特征在于：所述第一激光器（8）和第二激光器（9）为绿光激光器或氦氖激光器。

8.如权利要求1所述的光路可逆演示器，其特征在于：所述第一激光器（8）和第二激光器（9）前端设有圆柱形玻璃棒，玻璃棒的轴线与激光器的轴线垂直，玻璃棒紧贴激光器的光线发出口设置。

9.如权利要求1所述的光路可逆演示器，其特征在于：所述光具盘（7）可沿中间轴折叠，且光具盘（7）的刻度从竖直方向的0°逐渐向两侧增加至水平方向的90°。