CN220984041U - 干涉衍射实验的远程教学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及实验器械技术领域，尤其涉及一种干涉衍射实验的远程教学装置，所述干涉衍射实验的远程教学装置中，通过主控设备控制光源组件、滤光组件、采集摄像组件及监控摄像组件的启闭，且通过终端设备远程控制主控设备，以远程进行光的衍射及光的干涉实验，并通过采集摄像组件及监控摄像组件将实验现象及实验过程传输到主控设备上，再通过主控设备向学生展示该实验的现象及过程，达到远程进行并展示光的衍射实验及光的干涉实验的目的，本实用新型无需将实验设备带入教室就能向学生展示光的衍射及光的干涉实验，十分便捷。

Description

干涉衍射实验的远程教学装置

技术领域

本实用新型涉及实验器械技术领域，尤其涉及一种干涉衍射实验的远程教学装置。

背景技术

光的干涉和衍射实验是高中物理需要掌握的知识点，为了加深学生对光的干涉实验和光的衍射实验的理解，就需要分别进行双缝干涉实验及单缝衍射实验，让学生观察实验现象，记录实验数据，那么就需要光的双缝干涉实验装置及光的单缝衍射实验装置。

为解决上述技术问题，专利申请号为CN202222727461.1的中国实用新型专利公告的技术方案为一种光的双缝干涉和单缝衍射实验器械，包括：底座和实验器件，所述实验器件包括灯具、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒和毛玻璃屏，并且所述灯具、透镜、滤光片、单缝、双缝下方均设有安装支架，所述遮光筒下方两端位置设有安装支架，而所述安装支架与所述底座可滑动安装，所述毛玻璃屏安装在所述遮光筒的末端，所述底座侧边设有刻度线，所述刻度线上方设有测量槽，所述测量槽沿着所述刻度线设置，并且所述测量槽内设有第一测量块和第二测量块，所述第一测量块和第二测量块能够沿着所述测量槽滑动。本实用新型自身带有测量槽能够用于测量实验器件的距离，无需额外使用刻度尺，测量数据更加准确，并且测量起来更加方便。

然而上述现有技术中存在以下技术问题：上述方案提供的实验器械需要提前将其带到教室中设置才能够在课堂上使用，同时为了不影响其他科目的教师授课，还需要在下课后将其收起，且由于该实验器械体积较大，不便于搬运。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种不必将实验仪器带入教室就能向学生演示光的衍射实验和干涉实验的过程及现象的干涉衍射实验的远程教学装置。

一种干涉衍射实验的远程教学装置，包括控制模块和执行模块，所述控制模块包括主控设备和终端设备，所述执行模块包括光源组件、滤光组件、采集摄像组件、监控摄像组件及固定组件，所述光源组件、滤光组件及采集摄像组件依次沿光路方向安装在所述固定组件上；所述采集摄像组件、监控摄像组件和光源组件均与所述主控设备电性连接，所述终端设备与所述主控设备无线连接；

所述终端设备用于向所述主控设备发送通断控制指令，所述主控设备用于根据通断控制指令对所述采集摄像组件、监控摄像组件及光源组件的通断进行控制，以开启或关闭实验；所述采集摄像组件用于接收实验数据，并将实验数据发送至所述主控设备，所述监控摄像组件用于对实验过程进行监控，并将监控数据发送至所述主控设备，所述主控设备用于将接收到的实验数据和监控数据发送至所述终端设备。

优选的，所述滤光组件与所述主控设备电性连接，所述终端设备用于向所述主控设备发送移动控制指令，以由所述主控设备控制所述滤光组件移动。

优选的，所述固定组件包括两个构造相同的固定条，每一个固定条均至少有一个面为平面，且该两个固定条均以平面朝下的方式平行设置，所述光源组件、滤光组件和采集摄像组件依次设置在两个固定条上。

优选的，所述监控摄像组件包括监控摄像头及监控固定架，所述监控固定架设置在所述滤光组件的侧面；所述监控摄像头安装在所述监控固定架上，该监控摄像头的镜头朝向所述滤光组件，且该监控摄像组件的位置关系满足：所述监控摄像头中拍摄到的范围能够覆盖所述执行模块中的其他组件。

优选的，所述采集摄像组件包括采集摄像头及采集固定架，所述采集摄像头为能够采集到光的衍射及干涉现象的摄像头；所述采集摄像头安装在所述采集固定架上，且该采集摄像头的镜头朝向所述光源组件的方向；所述采集固定架底座的底面上开有两条结构相同的第一固定槽，两个所述固定条分别嵌入到两个第一固定槽中，以固定所述采集摄像组件。

优选的，所述滤光组件包括单缝片及单缝固定架，所述单缝片为中心开有一条缝的不透光板，所述单缝片安装在所述单缝固定架上，且光路方向垂直于该单缝片；所述单缝固定架底座的底面上开有两条结构相同的第二固定槽，两个所述固定条分别嵌入到两个第二固定槽中，以固定所述单缝片固定架。

优选的，所述滤光组件还包括外壳、两个结构相同的固定插板、步进电机、两根结构相同的固定杆、连接杆、双缝片及双缝固定架，所述外壳为U型槽体，外壳的底面开有两条结构相同的第三固定槽，以所述固定条嵌入到第三固定槽中的方式固定在两个固定条上，且U型槽的开口方向朝上；两个固定插板分别正对安装在所述外壳的两端，所述步进电机安装在其中一个固定插板上，且其驱动端朝向外壳的内侧；两根固定杆的两端均分别固定在两个固定插板上，且两根固定杆的固定高度相等；在远离步进电机的一端的外壳内侧设置有连接杆，且该连接杆与所述固定杆等高；所述双缝片是表面对称地开有两条同样尺寸的缝的不透光板；所述双缝片以所述采集摄像头正对双缝片表面的方式安装在所述双缝固定架上；所述双缝固定架的底面设置有履带，且履带的两端分别绕接在步进电机的驱动端和所述连接杆上，以通过步进电机带动履带转动。

优选的，所述外壳的侧面还装有测量尺，该测量尺的两端分别固定于所述外壳的两端，用于显示所述双缝底座的位置坐标。

优选的，所述滤光组件还包括两个位移传感器，所述两个位移传感器均安装在所述外壳的侧面，并悬浮于所述履带的上方；所述两个位移传感器均与所述终端设备无线连接，用于将所述双缝固定架经过位移传感器时采集到的信号发送到终端设备，并通过终端设备停止步进电机。

优选的，所述光源组件包括光源外壳、至少两种不同颜色的光源、舵机、主控板和光源固定架，各光源均设置在光源外壳上，且光源外壳的底部固定在所述光源固定架上；所述舵机以能够带动所述光源外壳转动的方式安装在所述光源外壳的内部；所述主控板与所述舵机及光源连接，以控制所述舵机转动的角度及光源的亮灭；所述主控板还与主控设备电性连接，以通过终端设备操控主控板；所述光源固定架底座的底面上对称地开有两条结构相同的第四固定槽，两个所述固定条分别嵌入到两个第四固定槽中，以固定所述光源组件。

上述干涉衍射实验的远程教学装置中，通过主控设备控制光源组件、滤光组件、采集摄像组件及监控摄像组件的启闭，且通过终端设备远程控制主控设备，以远程进行光的衍射及光的干涉实验，并通过采集摄像组件及监控摄像组件将实验现象及实验过程传输到主控设备上，再通过主控设备向学生展示该实验的现象及过程，达到远程进行并展示光的衍射实验及光的干涉实验的目的，本实用新型无需将实验设备带入教室就能向学生展示光的衍射及光的干涉实验，十分便捷。

附图说明

图1是本申请的执行模块的斜俯瞰视图。

图2是本申请的执行模块的俯视图。

图3是本申请的执行模块的正视图。

图中：执行模块10、光源组件11、光源外壳111、光源112、光源固定架113、滤光组件12、单缝片1211、单缝固定架1212、外壳1221、固定插板1222、固定杆1223、连接杆1224、双缝片1225、双缝固定架1226、履带1227、位移传感器1228、采集摄像组件13、采集摄像头131、采集固定架132、监控摄像组件14、监控摄像头141、监控固定架142、固定组件15、固定条151。

具体实施方式

以下结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例的技术方案及技术效果做进一步的详细阐述。

一种干涉衍射实验的远程教学装置，包括控制模块和执行模块10，所述控制模块包括主控设备和终端设备，所述执行模块10包括光源组件11、滤光组件12、采集摄像组件13、监控摄像组件14及固定组件15，所述光源组件11、滤光组件12及采集摄像组件13依次沿光路方向安装在所述固定组件15上，以保证从光源组件11射出的光线能够穿过滤光组件12并将实验现象照射到采集摄像组件13上；所述采集摄像组件13、监控摄像组件14和光源组件11均与所述主控设备电性连接，所述终端设备与所述主控设备无线连接；所述终端设备用于向所述主控设备发送通断控制指令，所述主控设备用于根据通断控制指令对所述采集摄像组件13、监控摄像组件14及光源组件11的通断进行控制，以开启或关闭实验；所述采集摄像组件13用于接收实验数据，并将实验数据发送至所述主控设备，所述监控摄像组件14用于对实验过程进行监控，并将监控数据发送至所述主控设备，所述主控设备用于将接收到的实验数据和监控数据发送至所述终端设备。

进一步的，所述滤光组件12与所述主控设备电性连接，所述终端设备用于向所述主控设备发送移动控制指令，以由所述主控设备控制所述滤光组件12移动。

进一步的，所述固定组件15包括两个构造相同的固定条151，每一个固定条151均至少有一个面为平面，且该两个固定条151均以平面朝下的方式平行设置，以保证所述两个固定条151均平放在同一平面上，所述光源组件11、滤光组件12和采集摄像组件13依次设置在两个固定条151上。

进一步的，所述监控摄像组件14包括监控摄像头141及监控固定架142，所述监控固定架142设置在所述滤光组件12的侧面；所述监控摄像头141安装在所述监控固定架142上，该监控摄像头141的镜头朝向所述滤光组件12，且该监控摄像组件14的位置关系满足：所述监控摄像头141中拍摄到的范围能够覆盖所述执行模块10中的其他组件，以保证该监控摄像头141能够拍下完整的实验过程。

进一步的，所述采集摄像组件13包括采集摄像头131及采集固定架132，所述采集摄像头131为能够采集到光的衍射及干涉现象的摄像头，例如，COMS摄像头；所述采集摄像头131安装在所述采集固定架132上，且该采集摄像头131的镜头朝向所述光源组件11的方向；所述采集固定架132底座的底面上开有两条结构相同的第一固定槽，两个所述固定条151分别嵌入到两个第一固定槽中，以固定所述采集摄像组件13。

在一种实施方式中，所述滤光组件12包括单缝片1211及单缝固定架1212，所述单缝片1211为中心开有一条缝的不透光板，所述单缝片1211安装在所述单缝固定架1212上，且光路方向垂直于该单缝片1211；所述单缝固定架1212的顶端上设有能够夹取所述单缝片1211的装置，例如，固定夹，以用于固定所述单缝片1211；所述单缝固定架1212底座的底面上开有两条结构相同的第二固定槽，两个所述固定条151分别嵌入到两个第二固定槽中，以固定所述单缝片1211固定架。

在一种实施方式中，所述滤光组件12还包括外壳1221、两个结构相同的固定插板1222、步进电机、两根结构相同的固定杆1223、连接杆1224、双缝片1225及双缝固定架1226，所述外壳1221为U型槽体，外壳1221的底面开有两条结构相同的第三固定槽，以所述固定条151嵌入到第三固定槽中的方式固定在两个固定条151上，且U型槽的开口方向朝上，该外壳1221采用透明硬质材料制成，例如亚克力板，以便于观察双缝片1225的位置坐标；两个固定插板1222分别正对安装在所述外壳1221的两端，所述步进电机安装在其中一个固定插板1222上，且其驱动端朝向外壳1221的内侧；所述步进电机还与主控设备电性连接，以通过控制终端远程启停步进电机；两根固定杆1223的两端均分别固定在两个固定插板1222上，且两根固定杆1223的固定高度相等；在远离步进电机的一端的外壳1221内侧设置有连接杆1224，且该连接杆1224与所述固定杆1223等高；所述双缝片1225是表面对称地开有两条同样尺寸的缝的不透光板；所述双缝片1225以所述采集摄像头131正对双缝片1225表面的方式安装在所述双缝固定架1226上；所述双缝固定架1226的底面设置有履带1227，且履带1227的两端分别绕接在步进电机的驱动端和所述连接杆1224上，以通过步进电机带动履带1227转动。

在本实施方式中，所述外壳1221的侧面还装有测量尺，该测量尺的两端分别固定于所述外壳1221的两端，用于显示所述双缝底座的位置坐标，以间接计算出光源112与双缝片1225的距离。

在本实施方式中，所述滤光组件12还包括两个位移传感器1228，所述两个位移传感器1228均安装在所述外壳1221的侧面，并悬浮于所述履带1227的上方；所述两个位移传感器1228均与所述终端设备无线连接，用于将所述双缝固定架1226经过位移传感器1228时采集到的信号发送到终端设备，并通过终端设备停止步进电机，防止所述双缝固定架1226碰撞到步进电机的驱动端或者连接杆1224。

进一步的，所述光源组件11包括光源外壳111、至少两种不同颜色的光源112、舵机、主控板和光源固定架113，各光源112均设置在光源外壳111的同一高度上，以保证切换光源112时不改变光源112的高度，且光源外壳111的底部固定在所述光源固定架113上；采用至少两种不同颜色的光源112能够提供不同波长的光线用于实验，且该光源112是LED灯，能够提供符合实验需求的光线并降低成本；所述光源外壳111是圆柱体状的壳体，以便于旋转，且该光源外壳111采用3D打印制作，能够有效降低成本；所述舵机以能够带动所述光源外壳111转动的方式安装在所述光源外壳111的内部；所述主控板与所述舵机及光源112连接，以控制所述舵机转动的角度及光源112的亮灭；所述主控板还与主控设备电性连接，以使得终端设备能够通过远程控制主控设备来间接操控主控板，最终达到通过远程控制光源外壳的转动及光源112的亮灭来切换不同颜色的光源112的目的；所述光源固定架113底座的底面上对称地开有两条结构相同的第四固定槽，两个所述固定条151分别嵌入到两个第四固定槽中，以固定所述光源组件11。

在一种实施方式中，所述主控设备通过远程控制程序控制终端设备，该远程控制程序是基于云平台搭接的应用程序，例如，基于阿里云平台搭接的远程控制APP，该远程控制程序能够在主控设备上分别显示采集摄像组件13及监控摄像组件14拍摄到的画面，并且能够切换光源112及调整双缝片1225的位置；所述主控设备为能够安装盖远程控制程序的电子产品，例如，电脑。

在本实施方式中，所述光源固定架113、单缝固定架1212、双缝固定架1226及采集固定架132高度均可调整，以通过调整高度保证所述光源112、单缝片1211、双缝片1225及采集摄像头131在同一高度上。

在本实施方式中，所述两个第一固定槽、两个第二固定槽、两个第三固定槽及两个第四固定槽的间距相同，以保证所述采集摄像组件13、滤光组件12及光源组件11固定到两个固定条151上时能够在同一光路上。

使用时，将执行模块10设置在暗室中，以增强实验现象，根据所要进行的实验提前将滤光组件12设置好，若进行单缝衍射实验，则使用第一种滤光组件12；若进行双缝干涉实验，则使用第二种滤光组件12，并确定LED光源112、单缝片1211或双缝片1225及采集摄像头131是否在同一高度，且开机检查监控摄像头141能否拍摄到完整的光源组件11、滤光组件12及采集摄像组件13。

进行单缝衍射实验时，先启动终端设备，打开控制程序，并通过控制程序启动主控设备，当主控设备启动后，就能在终端设备上看到监控摄像头141及采集摄像头131拍摄到的画面，随后将终端设备中的画面投放到ppt上，并向学生讲解画面中设备的作用，讲解完成后，打开光源112，将单缝衍射实验的现象讲解给学生，为了加深学生对这一现象的理解，可以控制光源外壳111旋转切换不同波长的光线，以展示波长的变化对衍射图像的影响，实验结束后，使用终端设备远程关闭主控设备，确认主控设备关闭后，关闭终端设备。

进行双缝干涉实验时，先启动终端设备，打开控制程序，并通过控制程序启动主控设备，当主控设备启动后，就能在终端设备上看到监控摄像头141及采集摄像头131拍摄到的画面，随后将终端设备中的画面投放到ppt上，并向学生讲解画面中设备的作用，讲解完成后，打开光源112，将双缝干涉实验的现象讲解给学生，为了加深学生对这一现象的理解，可以控制光源外壳111旋转切换不同波长的光线，以展示波长的变化对干涉图像的影响，也可以通过远程控制步进电机调整双缝片1225与光源112的距离，演示距离对衍射现象的影响，并记录相关数据，使用终端设备远程关闭主控设备，确认主控设备关闭后，关闭终端设备。

在一种实施方式中，还可以不进行远程实验，而是把学生带到实验室，并手动操作执行模块10向学生展示实验现象。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种干涉衍射实验的远程教学装置，其特征在于，包括控制模块和执行模块，所述控制模块包括主控设备和终端设备，所述执行模块包括光源组件、滤光组件、采集摄像组件、监控摄像组件及固定组件，所述光源组件、滤光组件及采集摄像组件依次沿光路方向安装在所述固定组件上；所述采集摄像组件、监控摄像组件和光源组件均与所述主控设备电性连接，所述终端设备与所述主控设备无线连接；所述终端设备用于向所述主控设备发送通断控制指令，所述主控设备用于根据通断控制指令对所述采集摄像组件、监控摄像组件及光源组件的通断进行控制，以开启或关闭实验；所述采集摄像组件用于接收实验数据，并将实验数据发送至所述主控设备，所述监控摄像组件用于对实验过程进行监控，并将监控数据发送至所述主控设备，所述主控设备用于将接收到的实验数据和监控数据发送至所述终端设备。

2.如权利要求1所述的干涉衍射实验的远程教学装置，其特征在于，所述滤光组件与所述主控设备电性连接，所述终端设备用于向所述主控设备发送移动控制指令，以由所述主控设备控制所述滤光组件移动。

3.如权利要求1所述的干涉衍射实验的远程教学装置，其特征在于，所述固定组件包括两个构造相同的固定条，每一个固定条均至少有一个面为平面，且该两个固定条均以平面朝下的方式平行设置，所述光源组件、滤光组件和采集摄像组件依次设置在两个固定条上。

4.如权利要求1所述的干涉衍射实验的远程教学装置，其特征在于，所述监控摄像组件包括监控摄像头及监控固定架，所述监控固定架设置在所述滤光组件的侧面；所述监控摄像头安装在所述监控固定架上，该监控摄像头的镜头朝向所述滤光组件，且该监控摄像组件的位置关系满足：所述监控摄像头中拍摄到的范围能够覆盖所述执行模块中的其他组件。

5.如权利要求3所述的干涉衍射实验的远程教学装置，其特征在于，所述采集摄像组件包括采集摄像头及采集固定架，所述采集摄像头为能够采集到光的衍射及干涉现象的摄像头；所述采集摄像头安装在所述采集固定架上，且该采集摄像头的镜头朝向所述光源组件的方向；所述采集固定架底座的底面上开有两条结构相同的第一固定槽，两个所述固定条分别嵌入到两个第一固定槽中，以固定所述采集摄像组件。

6.如权利要求3所述的干涉衍射实验的远程教学装置，其特征在于，所述滤光组件包括单缝片及单缝固定架，所述单缝片为中心开有一条缝的不透光板，所述单缝片安装在所述单缝固定架上，且光路方向垂直于该单缝片；所述单缝固定架底座的底面上开有两条结构相同的第二固定槽，两个所述固定条分别嵌入到两个第二固定槽中，以固定所述单缝片固定架。

7.如权利要求5所述的干涉衍射实验的远程教学装置，其特征在于，述滤光组件还包括外壳、两个结构相同的固定插板、步进电机、两根结构相同的固定杆、连接杆、双缝片及双缝固定架，所述外壳为U型槽体，外壳的底面开有两条结构相同的第三固定槽，以所述固定条嵌入到第三固定槽中的方式固定在两个固定条上，且U型槽的开口方向朝上；两个固定插板分别正对安装在所述外壳的两端，所述步进电机安装在其中一个固定插板上，且其驱动端朝向外壳的内侧；两根固定杆的两端均分别固定在两个固定插板上，且两根固定杆的固定高度相等；在远离步进电机的一端的外壳内侧设置有连接杆，且该连接杆与所述固定杆等高；所述双缝片是表面对称地开有两条同样尺寸的缝的不透光板；所述双缝片以所述采集摄像头正对双缝片表面的方式安装在所述双缝固定架上；所述双缝固定架的底面设置有履带，且履带的两端分别绕接在步进电机的驱动端和所述连接杆上，以通过步进电机带动履带转动。

8.如权利要求7所述的干涉衍射实验的远程教学装置，其特征在于，所述外壳的侧面还装有测量尺，该测量尺的两端分别固定于所述外壳的两端，用于显示所述双缝底座的位置坐标。

9.如权利要求7所述的干涉衍射实验的远程教学装置，其特征在于，所述滤光组件还包括两个位移传感器，所述两个位移传感器均安装在所述外壳的侧面，并悬浮于所述履带的上方；所述两个位移传感器均与所述终端设备无线连接，用于将所述双缝固定架经过位移传感器时采集到的信号发送到终端设备，并通过终端设备停止步进电机。

10.如权利要求3所述的干涉衍射实验的远程教学装置，其特征在于，所述光源组件包括光源外壳、至少两种不同颜色的光源、舵机、主控板和光源固定架，各光源均设置在光源外壳上，且光源外壳的底部固定在所述光源固定架上；所述舵机以能够带动所述光源外壳转动的方式安装在所述光源外壳的内部；所述主控板与所述舵机及光源连接，以控制所述舵机转动的角度及光源的亮灭；所述主控板还与主控设备电性连接，以通过终端设备操控主控板；所述光源固定架底座的底面上对称地开有两条结构相同的第四固定槽，两个所述固定条分别嵌入到两个第四固定槽中，以固定所述光源组件。