CN212391933U - 一种杨氏双缝干涉实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种杨氏双缝干涉实验系统，包括光源、干涉装置、图像显示装置；所述干涉装置选自单缝片和双缝片的组合或选自双缝片；所述图像显示装置包括摄像头、与摄像头连接的显示设备；所述光源、干涉装置和摄像头等轴设置。本实用新型相比传统的杨氏双缝实验进行了改进，取消了封闭式长筒结构，摄像头将光学图像进行处理最终传输显示在显示屏上，即可直接在显示屏上进行观察。

Description

一种杨氏双缝干涉实验系统

技术领域

本实用新型涉及教学教具技术领域，具体而言，涉及一种杨氏双缝干涉实验系统。

背景技术

在量子力学里，双缝实验(double-slit experiment)是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。双缝实验是一种“双路径实验”。在这种更广义的实验里，微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径，从初始点抵达最终点。这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移，因此产生干涉现象。

光学实验是普物实验中的一大分类，杨氏双缝干涉实验又是中学光学内容中极其重要的部分，其重要性不言而喻。而传统的杨氏双缝实验有以下特点：1.器件复杂繁琐，不易携带；2.实验环境要求苛刻，需要暗室环境；3.实验不易观察，对于动手能力相对较差的学生很容易实验失败。这样导致学生通过自己亲手操作实验或者课堂上观看图片来达到学习理解的目的的效果都不是明显，收益较差，因此，如何改进提高其实验仪器成为现代教学中的主要研究问题。

申请号为CN201821200088.1一种能实现快速调节的双缝干涉仪公开了包括底架、支撑脚、光源、滤光片、单缝板、双缝板、遮光筒、分划板装置、光屏；它还包括直线滑轨、标尺、指示针、安装座、锁紧螺栓、防滑块；底架底部的两侧均固定连接有支撑脚，底架的左上端通过支架固定连接有光源，底架的上端通过螺栓固定连接有直线滑轨，直线滑轨的数个滑块上从左至右依次通过支架固定连接有滤光片、单缝板、遮光筒，遮光筒的前端设置有双缝板插接槽，双缝板插接在双缝板插接槽内，遮光筒的后端固定连接有光屏，且在光屏的前侧设置有分划板装置，且分划板装置固定安装遮光筒内，光源、滤光片、单缝板、双缝板、遮光筒、分划板装置、光屏在同一轴线上，所述分划板装置包括外框架、分划板、千分调节尺体；外框架内部的上下端均设置有滑槽，分划板的上下端均设置有滑槽内，千分调节尺体轴体的前端与分划板固定，其特征在于：所述直线滑轨的一侧对应的设置有标尺，直线滑轨的滑块侧壁上固定连接有指示针，指示针与标尺相配合，直线滑轨的滑块的前端固定连接有安装座，安装座的螺纹孔内连接有锁紧螺栓，锁紧螺栓的头部固定连接有防滑块。该方案仍然需要手动去调节，通过测微目镜进行肉眼观测，对动手能力弱的人仍然存在困难。

实用新型内容

本实用新型基于现有技术存在的不足，提供一种杨氏双缝干涉实验系统，干涉图像可直接呈现在显示屏上，而无需如传统实验需要通过测微目镜肉眼直接观察。

本实用新型是通过如下技术方案来实现的：

一种杨氏双缝干涉实验系统，

包括光源、干涉装置、图像显示装置；

所述干涉装置选自单缝片和双缝片的组合或选自双缝片；

所述图像显示装置包括摄像头、与摄像头连接的显示设备；

所述光源、干涉装置和摄像头等轴设置。

本实用新型一具体实施例方式，所述光源选自激光器，干涉装置选自双缝片；所述光源选自普通光源，干涉装置选自单缝片和双缝片，单缝片设于普通光源和双缝片之间。普通光源包括但不限于溴钨灯、LED灯。

本实用新型一具体实施例方式，所述摄像头选自CMOS摄像头或CCD摄像头。

本实用新型一具体实施例方式，所述摄像头包括外筒、多倍物镜、内筒、固定环、CMOS或CCD摄像头本体、端盖；所述内筒套设于外筒内，所述外筒和内筒配合卡设所述多倍物镜；所述固定环与内筒卡接，固定环和端盖配合固定所述CMOS或CCD摄像头本体；所述端盖与外筒可拆卸连接。

本实用新型一具体实施例方式，所述显示设备包括移动设备、台式设备。移动设备包括手机、ipad；台式设备包括电脑。

本实用新型一具体实施例方式，所述连接方式包括有线连接和无线连接。有线连接包括自带的各种数据线，无线连接包括自带的无线模块。

本实用新型一具体实施例方式，所述无线连接还包括与摄像头电连接的无线模块，所述无线模块与显示设备无线连接；所述无线模块包括蓝牙模块、WIFI模块。

本实用新型一具体实施例方式，所述双缝片上设有多组不同规格的双缝。

本实用新型一具体实施例方式，还设有导轨、与导轨滑动连接的滑块；所述光源、单缝片、双缝片和摄像头分别与相应的滑块固定连接。

本实用新型一具体实施例方式，所述导轨上设有标尺。

本实用新型实施例至少具有如下优点或有益效果：

本实用新型相比传统的杨氏双缝实验进行了改进，取消了封闭式长筒结构，摄像头将光学图像进行处理最终传输显示在显示屏上，即可直接在显示屏上进行观察，相比传统的杨氏双缝实验装置而言，本实用新型所述系统无需在黑暗环境下进行，避免了光学实验的高环境需求，在室内即可完成实验；不需要长时间用肉眼观察实验结果，能够在电脑荧幕上更加直观的显示实验结果，更加便于调整和观察，便于展示；能够实时地将实验结果进行截图，保存；不仅减轻了实验者负担也有利于提高实验的准确性，计算结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型摄像头示意图；

图3为本实用新型一种双缝示意图，双缝通过胶片输出仪制备，双缝设有两组，一组间距相同但颜色不同，一组间距不同但颜色相同。

图标：

光源1、单缝片2、双缝片3、摄像头4、外筒41、多倍物镜42、内筒43、固定环44、CMOS或CCD摄像头本体45、端盖46、数据线5、滑块6、导轨7、标尺71。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型各实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，如术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

一种杨氏双缝干涉实验系统，

包括光源、干涉装置、图像显示装置；

所述光源选自激光器，所述干涉装置选自双缝片；

所述图像显示装置包括摄像头、与摄像头连接的显示设备；

所述光源、干涉装置和摄像头等轴设置。

光源发出光线然后经过双缝片产生干涉，干涉的图像被摄像头捕获，经过在显示器中显示。显示设备指的是包括带显示功能的设备，如手机、电脑等。

实施例2

一种杨氏双缝干涉实验系统，

包括光源、干涉装置、图像显示装置；

所述光源选自普通光源，干涉装置选自单缝片和双缝片；单缝片设于普通光源和双缝片之间；

所述图像显示装置包括摄像头、与摄像头连接的显示设备；

所述光源、干涉装置和摄像头等轴设置。

光源发出光线然后经过双缝片产生干涉，干涉的图像被摄像头捕获，经过在显示器中显示。显示设备指的是包括带显示功能的设备，如手机、电脑等。

普通光源包括但不限于溴钨灯、LED灯。

实施例3

一种杨氏双缝干涉实验系统，

包括光源、干涉装置、图像显示装置；

所述光源选自普通光源，干涉装置选自单缝片和双缝片；单缝片设于普通光源和双缝片之间；

所述图像显示装置包括摄像头、与摄像头连接的显示设备；

所述光源、干涉装置和摄像头等轴设置。

其中，摄像头选自CMOS摄像头或CCD摄像头。

以CMOS数码摄像头为例，其工作原理是将镜头上生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转化为电信号，经过A/D(模数转换)转换器转换为数字信号，接着在数字信号处理芯片中进行加工，处理后传输到电脑中，即可通过电脑屏幕看到图像；光学中许多实验需在暗室中进行,数码摄像头可以在J2 508光学演示仪的肉眼观察镜筒口将白光衍射或干涉的条纹送入显示屏显像。实践表明,CMOS摄像头对改善低照度时的实验效果,十分有效。

本实用新型一具体实施例方式，所述摄像头包括外筒、多倍物镜、内筒、固定环、CMOS或CCD摄像头本体、端盖；所述内筒套设于外筒内，所述外筒和内筒配合卡设所述多倍物镜；所述固定环与内筒卡接，固定环和端盖配合固定所述CMOS或CCD摄像头本体；所述端盖与外筒可拆卸连接。

内筒将物镜和彩色CMOS或CCD进行固定，外筒将内筒固定同时起到遮蔽环境光的作用，固定环将整个CMOS或CCD数码摄像头固定在光具组上；端盖封闭外筒同时将USB等接口引出，与电脑相连即可在电脑上进行观测。或者是再设置一个无线模块，通过无线方式与移动端设备进行无线连接。

除物镜，彩色CMOS或CCD外，全部材料由黑色材质自行加工、制作。

以CMOS摄像头为例，规格如下：测微目镜分辨率8um、测微目镜最大帧频30fps，量程10mm其总长为100mm。

实施例4

一种杨氏双缝干涉实验系统，

包括光源、干涉装置、图像显示装置；

所述光源选自激光器，所述干涉装置选自双缝片；

所述图像显示装置包括摄像头、与摄像头连接的显示设备；

所述光源、干涉装置和摄像头等轴设置。

其中，所述显示设备包括移动设备、台式设备。移动设备包括手机、 ipad；台式设备包括电脑。

本申请连接方式包括有线连接和无线连接。

有线连接包括各种数据线，无线连接包括与摄像头电连接的无线模块，所述无线模块与显示设备无线连接；所述无线模块包括蓝牙模块、WIFI模块。WIFI模块以JS7628开发板为核心元件。无线模块可采用现有任何技术公开的方案，该现有技术不仅包括同领域的方案，还包括实现WIFI无线传输连接的技术方案所公开的内容。

实施例5

一种杨氏双缝干涉实验系统，

包括光源、干涉装置、图像显示装置；

所述光源选自普通光源，干涉装置选自单缝片和双缝片；单缝片设于普通光源和双缝片之间；

所述图像显示装置包括摄像头、与摄像头连接的显示设备；

所述光源、干涉装置和摄像头等轴设置；摄像头选自CMOS摄像头。

其中，所述双缝片上设有多组不同规格的双缝；不同规格指代的是包括缝间距不同的双缝、不同颜色的双缝。

单缝片或双缝片可采用胶片输出仪进行制备，或者其他传统方法制备。

如选用ProPalette 8 000型胶片输出仪，单缝或双缝的设计可通过如Photoshop，CorelDRAW软件进行设计图的设计，而后再用胶片输出仪进行用于杨氏双缝干涉实验的单缝片与双缝片的制作。

同一个双缝片有多组双缝在工作时，不用替换双缝就能比对不同缝间距(d)与波长(λ)对于成像明暗条纹间隔间距

的影响。

其中缝间距依靠软件端的改变调整；改变胶片底色，输出有颜色的缝，仅允许特定波长的光通过以实现波长变化。而且改造后的双缝片能够同时显示出相同的变量改变时不一样的条纹间距的，能够更加直观的进行实验结果的比较，减少了实验的步骤，提高效率。同时代替传统玻璃片与沾染墨水制单双缝片的方法，提高测量精度，减少实验成本。

实施例6

一种杨氏双缝干涉实验系统，

包括光源、干涉装置、图像显示装置；

所述光源选自普通光源，干涉装置选自单缝片和双缝片；单缝片设于普通光源和双缝片之间；

所述图像显示装置包括摄像头、与摄像头连接的显示设备；

所述光源、干涉装置和摄像头等轴设置；摄像头选自CMOS摄像头；

还设有导轨、与导轨滑动连接的滑块；所述光源、单缝片、双缝片和摄像头分别与相应的滑块固定连接。

进一步的，所述导轨上设有标尺，可以直接对间距进行读数。

具体实验：

打开光源开关，通过数字化CMOS摄像头识别和接收图像信息，由WiFi 模块获取摄像头接收的信息并且共享至移动端，以条纹的位置信息和清晰程度为依据进行共轴等高和装置间距的调节。

利用在移动端自制的测距软件，测量出n倍的相邻亮纹或者暗纹的间距Δx，从导轨上读出双缝与摄像头的间距L，双缝片为自制规格确定的多参数双缝，缝间距d已知，则代入公式λ＝dΔx/L中可求出λ值。

重复实验，测几组数据并求平均值，计算得到波长值，下表1是得到的部分实验数据：

本申请所述技术特征参照附图图示的形状，也可进行一些简单变换，只要能起到与本申请同样目的即可，可借鉴本领域或相似领域的技术方案。

本实用新型未限制各组件的材质，对本领域人员来说，可选用本领域所熟知的材质，各种连接关系可参考本领域或结构类似或目的相同的技术方案，再或者是本申请中提及的各现有文献所公开的方案。本申请所公开的技术特征在不冲突的情况下可任意组合，而并不局限于上述实施例所列举的方案。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种杨氏双缝干涉实验系统，其特征在于：

包括光源、干涉装置、图像显示装置；

所述干涉装置选自单缝片和双缝片的组合或选自双缝片；

所述图像显示装置包括摄像头、与摄像头连接的显示设备；

所述光源、干涉装置和摄像头等轴设置。

2.根据权利要求1所述杨氏双缝干涉实验系统，其特征在于：所述光源选自激光器，干涉装置选自双缝片；所述光源选自普通光源，干涉装置选自单缝片和双缝片，单缝片设于普通光源和双缝片之间。

3.根据权利要求1所述杨氏双缝干涉实验系统，其特征在于：所述摄像头选自CMOS摄像头或CCD摄像头。

4.根据权利要求3所述杨氏双缝干涉实验系统，其特征在于：所述摄像头包括外筒、多倍物镜、内筒、固定环、CMOS或CCD摄像头本体、端盖；所述内筒套设于外筒内，所述外筒和内筒配合卡设所述多倍物镜；所述固定环与内筒卡接，固定环和端盖配合固定所述CMOS或CCD摄像头本体；所述端盖与外筒可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述杨氏双缝干涉实验系统，其特征在于：所述双缝片上设有多组不同规格的双缝。

6.根据权利要求1所述杨氏双缝干涉实验系统，其特征在于：还设有导轨、与导轨滑动连接的滑块；所述光源、单缝片、双缝片和摄像头分别与相应的滑块固定连接。

7.根据权利要求6所述杨氏双缝干涉实验系统，其特征在于：所述导轨上设有标尺。

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