CN214847370U - 一体化双缝干涉仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种一体化双缝干涉仪,包括双缝头、激光笔、激光测距仪,其特征是还包括底座,底座设有前后凸台,前凸台全部中空,后凸台部分中空,前凸台的长度大于后凸台的长度,底座前凸台头部设有凹槽,底座前凸台上平面设有一矩形卡槽,激光笔由内六方圆柱形螺钉紧固在前后凸台内,双缝头固定在前凸台头部的凹槽内并与激光笔前端紧密接触,激光测距仪安装在矩形卡槽中,用橡胶垫密封。本实用新型一体化双缝干涉仪增强了实验的可视化,提高了实验的可操作性,减小了实验误差。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学领域的测量仪器,具体涉及一种双缝干涉仪。
背景技术
在中学物理教学过程中,学生通过动手实验,可以深刻的理解物理知识,提升科学素养,激发学习探究兴趣。但是有些实验由于仪器调试难度大、现象不直观等因素,在现实教学中,难以实现学生的切身深度体验。利用双缝干涉测量光的波长的学生实验,存在仪器组装调试繁琐复杂,配套光源亮度低,干涉图样不易调、不清晰,微观测量误差大等诸多不足。原实验仪器存在如下的缺陷
1.仪器体积大、零件多
原整套实验仪器配件有:长1.2m、重1Kg的底座,电压12V的灯泡,长80cm的遮光筒,拨杆、单缝管、遮光板、测量目镜、滤色片及底座、支架、单缝头,双缝间距分别为0.20mm、0.25mm的双缝头。仪器的体积之大,不论是实验仪器的存放还是使用,对空间的要求都很高,而且取放很不方便,学生实验也只能在实验室进行;零件之多,对实验仪器的组装,往往需要老师在备课的环节,花费大量的时间与精力,学生在操作使用过程中,也会因此产生较强的畏难情绪。
2.实验步骤多、要求高
在实验过程中,学生需要利用滤光片把光源发出的光转换为单色光,再利用单缝将其换为线光源通过双缝,在此期间需要保证光路必须严格沿轴线,单缝、双缝相互平行,否则在光屏上无法获取到干涉条纹。学生在这个过程中,每一步都要小心操作,稍有不慎,就很难成功。
3.光源亮度低,现象不明显
原实验仪器配以12V白炽灯作为光源,本身亮度就不高的情况下,经过滤光片、单缝、双缝以及套筒后,亮度被进一步削弱,即便是在关灯拉上窗帘的情况下,得到的干涉条纹也不清晰,有时甚至调不出来。整个过程都需要学生通过目镜进行调整,时间长了眼睛容易疲劳,后期测量也是通过目镜进行观察,实验效果不理想。
4.测量误差大
首先,实验支架上用来测量双缝到屏距离的刻度尺离配件太远;其次,缝到屏距离短,相邻两条亮条纹间的距离小,需要通过目镜,并配合手轮进行微观测量,这都导致实验数据误差较大。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种一体化双缝干涉仪,增强了实验的可视化,提高了实验的可操作性,减小了实验误差。
本实用新型的技术方案是,一种一体化双缝干涉仪,包括双缝头、激光笔、激光测距仪,其特征是还包括底座,底座设有前后凸台,前凸台全部中空,后凸台部分中空,前凸台的长度大于后凸台的长度,前凸台头部设有凹槽,前凸台上平面设有一矩形卡槽,激光笔由内六方圆柱形螺钉紧固在前后凸台内,双缝头固定在前凸台头部的凹槽内并与激光笔前端紧密接触,激光测距仪安装在矩形卡槽中,用橡胶垫密封。
本实用新型具有以下优点:
1、采用智能测距元件,对实验仪器进行创新改进,突破了原仪器存在的种种局限,解放了教师的同时,带给学生更好的实验体验。
2、针对原实验仪器存在的缺点,利用连接套筒将便携激光笔、智能测量元件、红外线测距仪与原仪器中的双缝头巧妙组合,增强了实验的可视化,提高了实验的可操作性,减小了实验误差,同时对实验进行了改进创新。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是成品外观图。
附图标号说明:内六方圆柱形螺钉1;底座2;激光笔3;橡胶垫4;激光测距仪5;双缝头6。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示,本实施例提供的一种一体化双缝干涉仪,包括双缝头6、双色激光笔3、激光测距仪5、底座2,底座2设有前后凸台,前凸台全部中空,后凸台部分中空,前凸台的长度大于后凸台的长度,底座前凸台头部设有凹槽,底座前凸台上平面设有一矩形卡槽,激光笔3由内六方圆柱形螺钉1紧固在前后凸台内,双缝头6固定在前凸台头部的凹槽内并与激光笔3前端紧密接触,激光测距仪5安装在矩形卡槽中,用橡胶垫4密封。
单色激光的相干性好,功率大亮度高,直接通过双缝,就可以在任意实物体表面呈现明显的干涉条纹,肉眼可直接观察。激光笔由干电池供电,携带方便,对实验环境要求低。双色激光同时通过双缝,在同一光屏上即可得到各自的条纹,形成明显的对比,大大提升增强了实验效果。
红外线测距仪体积小巧,灵敏度高。不但可以精准地测量双缝到屏距离,不受距离长短的限制,因此也进一步促进实现相邻亮条纹间距的宏观测量,减小实验测量误差。
实验设计
1.演示实验:相邻亮条纹间距的影响因素
(1)按照图2所示,将激光笔3与0.2mm双缝头安装在底座2的两头,打开激光,旋转调节双缝的方向,使红色、绿色激光均能通过双缝,在墙面上获得干涉图样;
(2)此时学生可观察红绿色光产生的条纹间距明显不同,得到光色的不同影响相邻亮条纹间距的大小的结论;
(3)手持激光笔3缓慢向前或者向后移动,即调节双缝到屏间距,观察相邻亮条纹间距的变化情况,学生可得到双缝到屏距离影响相邻亮条纹间距的大小的结论;
(4)将0.2mm双缝头取下,换上0.25mm的双缝头,观察相邻亮条纹间距的变化情况,学生可得到双缝间距离影响相邻亮条纹间距的大小的结论;
2.学生实验:利用双缝干涉测量光的波长
(1)将激光笔与0.2mm双缝头安装在底座2的两头,放在水平桌面上,并将激光测距仪5安装在底座2上方的矩形卡槽中。打开激光,旋转调节双缝的位置,使红色、绿色激光均能通过双缝,在充当光屏的墙面上获得干涉图样;
(2)在投射干涉图样的墙上贴上白纸,用笔分别标记红色绿色亮条纹中心点的位置,并备注条纹对应的光色信息。打开激光测距仪5,测量记录双缝与光屏之间的距离;
(3)将0.2mm双缝头取下,换上0.25mm的双缝头,重复以上步骤;
(4)移动仪器,改变双缝到屏距离,重复第1-2步操作;
实验效果
1.改进后的实验仪器的体积和配件不及原仪器的十分之一,安装调试变得十分简单,干涉图样清晰稳定,很大程度上降低了对实验环境的要求,老师可以直接将其带入教室进行演示,成功率高,可操作性强。教师还可以将条纹直接投射到学生面前,学生也可自己操作探究,学生更加深刻认识到影响相邻亮条纹间距的影响因素,同时感受空间干涉并不是发生在特定位置,在光传播的路径中任意位置都可以发生,学生在此过程中获得了深度体验。
2.教师在准备学生实验过程中,再不需要花费大量的时间精力,学生探究过程也得以简化。在实验过程中,学生可同时记录红绿光在相同缝宽和屏到缝间距条件下的条纹信息,并在不改变屏到缝间距的情况下,改变缝宽,再次得到红绿光对应的条纹信息,不改变仪器位置的情况下,可快速得到四组数据。改变仪器位置(缝与屏之间的距离)后,重复以上操作又可即时得到四组数据,节省了时间的同时获得了更多的数据,大大的提高了实验效率。
3.提高了测量精度,减小了实验误差,打破了传统实验对于空间的局限。一是实现了从微观测量相邻亮条纹间距到宏观测量的转变,二是利用智能数字仪器取代了传统的刻度尺,最大程度地减小了实验误差,从学生采集的测量数据(如表1)上可以看出,学生实验采集处理后的数据误差较小。
表1测量数据
d(缝宽)/m | L(缝离光屏距离)/m | x(相邻亮条纹间距)/m | λ | |
红光 | 0.0002 | 4.898 | 0.016 | 6.53328E-07 |
红光 | 0.0002 | 3.234 | 0.0105 | 6.49351E-07 |
红光 | 0.00025 | 3.238 | 0.0087 | 6.71711E-07 |
红光 | 0.00025 | 4.123 | 0.011 | 6.6699E-07 |
绿光 | 0.0002 | 4.898 | 0.013 | 5.30829E-07 |
绿光 | 0.0002 | 3.234 | 0.0085 | 5.25665E-07 |
绿光 | 0.00025 | 3.238 | 0.0069 | 5.32736E-07 |
绿光 | 0.00025 | 4.123 | 0.0086 | 5.21465E-07 |
Claims (1)
1.一种一体化双缝干涉仪,包括双缝头(6)、激光笔(3)、激光测距仪(5),其特征是还包括底座(2),底座(2)设有前后凸台,前凸台全部中空,后凸台部分中空,前凸台的长度大于后凸台的长度,前凸台头部设有凹槽,前凸台上平面设有一矩形卡槽,激光笔(3)由内六方圆柱形螺钉(1)紧固在前后凸台内,双缝头(6)固定在前凸台头部的凹槽内并与激光笔(3)前端紧密接触,激光测距仪(5)安装在矩形卡槽中,用橡胶垫(4)密封。
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Family Applications (1)
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