RU4179U1 - Устройство для демонстрации явлений оптики - Google Patents

Abstract

1. Устройство для демонстрации явлений оптики, содержащее лазер, закрепленный перед ним в держателе преобразующий оптический элемент, экран и рабочий оптический элемент, отличающееся тем, что лазер имеет автономный источник питания и установлен в держателе, задняя поверхность которого снабжена постоянными магнитами, с возможностью фиксации его во включенном состоянии, преобразующий оптический элемент представляет собой цилиндрическую линзу для развертывания луча в плоскость, ортогональную экрану, являющемуся магнитной доской, а также в устройство введен дополнительно набор рабочих оптических элементов, при этом все оптические элементы выполнены съемными, для чего их задние поверхности, выполненные диффузно отражающими, снабжены постоянными магнитами.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что все его элементы размещены в чемодане, крышка и дно которого обладают магнитными свойствами, причем крышка служит экраном.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что набор рабочих оптических элементов включает в себя плоско-параллельную пластину, плоско-выпуклую и плоско-вогнутую линзы и прямоугольную призму, обеспечивающие явления преломления света, плоское, кривые зеркала и модель световода, обеспечивающие явления отражения света, отражательную и пропускающую фазовые дифракционные решетки, обеспечивающие явления дифракции света, и две плоско-параллельные пластины, образующие между собой воздушный клин, обеспечивающие явления интерференции света.

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРА1Щ/1 ЯВЛЕНИЙ ОПТЖИ

Полезная модель относится к средствам обучения, а именно, к приборам для демонстрации физических явлений в оптике и может быть использована в системе народного образования в ряде лекционных курсов по физике, таких как оптика, лазерная техника и т.д.

Известно устройство для демонстрации явлений оптики, описанное в а. с. ССОР Ji 1543439 Устройство для демонстрации явления интерференции по кл. Ю9В 23/22, з. 03.12.86, оп. 15.02.90.

Известное устройство содержит лазерный источник света, пластину постоянной толпщны и расположенный между ними экран с отверстием, причем пластина выполнена вогнутой и имеет зеркальную поверхность.

Недостаток известного устройства заключается в том, что его демонстрационные возможности ограничены, т. к. его конструкция позволяет демонстрировать только явление интерференции.

Известно устройство для демонстрации явлений оптики, описанное в а. с. СССР 1622897 Устройство для демонстрации явлений интерференции и дифракции по кл. к09 23/22, з. 16.02.89, dit . 01.91.

Известное устройство содержит последовательно расположенные лазерный источник света, бипризму Френеля, преобразукшщй оптический элемент, экран, блок считывания и обработки опти еской информации, причем преобразужщй оптически элемент выполнен в виде последовательно размещенных и ПОДВИЖЕШХ относительно друг друга

короткофокусного объектива и размещенного в его фокальной зоне диффузного рассеивателя, а бипризма Френеля и короткофокусный объектив шгут быть выполнены съемными.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно является весьма сложным по конструкции и обладает не очень широкими демонстрационными возможностями, позволяя демонстрировать только явления интерференции и дифракции.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для демонстрации явлений оптики, описанное в а. с. СССР J I2I3498 Устройство для демонстрации интерференции по кл. иОЭВ 23/22, 3. 27.04.84, оп. 23.02.86.

Известное устройство содержит лазер с закрепленным перед ним г:а его корпус в держателе преобразующим оптическим элементом, экран и расположенный между ними рабочий оптический элемент в виде полоительной линзы, причем преобразумций оптический элемент выполнен в виде собирательной деформирущей линзы с зеркальным полупрозрачным покрытием на стороне, обращенной к лазеру.

Недостатком известного устройства являются его недостаточно широкие демонстрационные возможности, т. к. его конструкция позволяет демонстрировать только явление интерференции света.

Целью заявляемой полезной модели является расширение демонстратдаонных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что. в устройстве для демонстрации явлений оптики, содержащем лазер, закрепленный перед ним в держателе преобразушщй оптический элемент, экран и рабочий опти 1еский элемент, согласно полезной модели, лазер имеет автономный источник питания и установлен в держателе, задняя поверхность которого снабжена постоянными магнитами, с возможностью фиксации его во включенном состоянии, преобразующий оптический элемент представляет собой цилиндрическую линзу для развертывания луча лазера в плоскость, ортогональную экрану, являющемуся магнитной доской, в устройство введены дополнительно несколько рабочих оптических элементов, составлямцих в совокупности набор для демонстрации нескольких явлений оптики, при этом все оптические рабочие элементы выполнены сЪемными, для чего их задние поверхности, выполненные диффузно отражающими, снабжены постоянными магнитами.

Кроме того, элементы устройства могут быть размещены в чемодане, крышка и дно которого обладают магнитными свойствами, причем крышка может служить экраном.

При этом набор рабочих оптических элементов может включать в себя плоско-параллельную пластину, плоско-выпуклую, плоско-вогнутую линзы и прямоугольную призму для демонстрации явления преломления света, плоское, кривые зеркала и модель световода для демонстрации явления отражения света, отражающую и пропускающую фазовые решетки для демонстрации явления дифракции света и две плоско-параллельные пластины, образумцие между собой воздушный клин, для демонстрации явления интерференции света.

Выполнение лазера с автономным источником питания и установка его в держателе, задняя поверхность которого снабжена постоянными магнитарли, с возможностью фиксации его во включенном состоянии при наличии цилзщцри еской линзы, преобразумцей луч лазера в плоскость, ортогональную экрану, представляющему собой магнитную доску, в совокупности с введением дополнительных рабочих оптических элементов, образущих набор для демонстрации нескольких опти еских явлений и являмцихся сЪемшлли за счет обеспечения их постоянными магнитами на их задних поверхностях, выполненных диффузно отражамцими, позволяет демонстрировать поочередно несколько оптических явлений в любой аудитории, меняя рабочие оптические элементы, легко устанавливаемые на магнитной доске, и при

желании дополняя их поясняшщми чертежами на этой же доске.

При этом размещение оптических элементов и лазера в чемодане, дно и крышка которого обладают магнитными свойствами, а крышка служит экраном, позволяет провести демонстрацию в любой специально неоснащенной аудитории, будучи легко транспортируемым и компактным устройством.

Наличие в наборе рабочих оптических элементов для демонстрации явлений преломления, отражения, дифракции и интерференции света обеспечивает широкие демонстрационные возможности устройства.

В сравнении с прототипом заявляемое устройство для демонстрации явлений оптики обладает новизной, отличаясь от него наличием таких существенных отличительных признаков, обеспечивающих расширение демонстрационных возможностей, как выполнение лазера с автономным источником питания и установка его в держателе с возможностью фиксации во включенном состоянии, выполнение преобразующего оптического элемента в виде цилиндри еской линзы для развертывания луча в плоскость, ортогональную экрану, который представляет собой магнитную доску, а также введение дополнительных рабочих оптических элементов, выполненных съемными за счет наличия постоянных магнитов на их задних поверхностях, выполненных диффузно отражашщми для обеспечения наглядности демонстрации.

Новым в сравнении с прототипом является также возможное размещение элементов устройства в чемодане, дно и крышка которого обладают магнитными свойствами, а крышка может служить экраном.

В сравнении с прототипом новым является и состав набора рабочих опти еских элементов, обеспечжващий демонстрация таких оптических явлений как преломление, отражение, дифракция и

шггерферешщя света.

Заявляемое устройство может найти широкое применение как средство обучения в системе среднего Та школьного специального образования страны и поэтому соответствует критерию промышленная применимость.

Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фж. I показан внешний вид сверху устройства, размещенного в чемодане со снятой крышкой, на фиг. 2 схематически изображены примеры демонстрации явлений оптики с помощью заявляемого --устройства, а на фиг. 3 - изображе один из реальных оптических элементов в изометрии.

Устройство для демонстрации явлений оптики содержит установленный в держателе I лазер 2 с закрепленным перед ним в держателе I щюобразумцим оптическим элементом в виде цилиндрической линзы 3 для развертывания луча лазера в плоскость, ортогональную магнитному экрану 4, и набор съемных рабочих оптических элементов 5 . Задние поврехности элементов 5 выполнены диффузно отражакщими и снабжены постоянными магнитами 6. Лазер 2 имеет автономный источник питания (на чертежах не показан) и установлен в держателе I, задняя поверхность которого снабжена постоянными магнитами 6, с возможностью фиксации его во включенном состоянии.

Элементы устройства могут быть размещены в чемодане 7, дно 8 и крышка 9 которого обладают магнитными свойствами, а крышка 9 может выполнять роль экрана 4.

Набор рабочих оптических элементов 5 может включать в себя:

- плоско-параллельную пластину 5 ;

-ттоско-выпуклую линзу 5 ;

для демонстрации

явления преломплоское зеркало вогнутое зеркало 5.; выпуклое зеркало 5,,; модель световода 5 ;

-отражаю1цую фазовую дифракщюнную

решетку

-пропускамдую фазовую дифракционную решетку ,

для демонстрации явления отражения света

Д.ПЯ демонстрации явления дифракГ НИИ света - плоско-параллельные шпастины 5 ,, 5 , 1 для демонстрации образумцие мезкду собой воздушный клин J явления интер(|юУстройство для демонстрации явлений оптики выполнено следующим образом. Источником света служит малогабаритный полупроводниковый лазер 2 с автономным питанием от батареек, в частности, с длиной волны 0,67 мкм, мощностью 3 МВТ. Использование такого лазера не требует затемнения в аудитории и абсолютно безопасно для демонстратора и для зрителей. При этом сам лазер может дополнительно использоваться в качестве лазерной указки. Лазер установлен в цилиндрическом держателе I, позволяющем фиксировать его во включенном состоянии. На корпусе держателя I со стороны выхода луча лазера 2 жестко закреплен преобразующий оптичесикй элемент - цилиндрическая линза 3 дяя развертывания луча лазера 2 в плоскость, ортогональную магнитному экрану 4. Задняя поверхность держателя I снабжена постоянными магнитами 6. Все рабочие оптические элементы 5, кроме призмы и плоско-параллельных пластин, фактически ЯВЛЯБЭТСЯ плоскими моделями реальных опти еских элементов и выполнены из прозрачного органш еского стекла толщиной 20 мм, при этом задние поверхности их сделаны 1.Z 1э I ренции света

диффузно отражапцими. для чего они обработаны по пескоструйной технологии. В углубления на задних поверхностях рабочих оптических элементов 5 вклеены небольшие плоские постоянные магниты 6 для обеспечения быстрого крепления и сЪема их с экрана 4. Остальные поверхности оптических элементов 3, 5 защищены лаком.

Магнитный экран 4 может быть выполнен в виде обычной школьной доски на подставке. Магнитным экраном 4 может также служить крышка чемодана 7, на дне 8 которого размещены элементы устройства. В качестве чемодана 7 может использоваться обычный дипломат, в дне 8 и крышке 9 которого проложены тонкие стальные листы.

Устройство для демонстрации явлений оптики работает следунь щим образом.

Демонстратор достает из чемодана 7 оптические элементы 5 , держатель I с установленным в нем лазером 2 и закрепленной перед ним цилиндрической линзой 3 и устанавливает последний на магнином экране 4 (школьной магнитной доске или крышке 9 чемодана 7) Установка осуществляется с помощью постоянных магнитов 6 на задней поверхности держателя I. Последовательно с лазером 2 по ходу луча демонстратор устанавливает по оптической оси на магнитном экране 4 посредством постоянных магнитов 6 нужный рабочий элемент 5 (где 1-12) в зависимости от типа демонстрируемого оптического явления - например, плоско-параллельную пластину 5j для демонстрации явления преломления света. Затем он включает лазер 2 и с помощью держателя I фиксирует его во включенном состоянии. Выходящий из лазера луч с помощью цилиндрической линзы 3 развертывается в плоскость, и, благодаря диффузно отражающей задней поверхности рабочего оптического элемента 5j, при своем прохождении через последний наглядно демонстрирует на экране 4 как путь светового луча до пластины 5j, так и прохождение его через пластину 5-г с преломлением в ней и далее выход луча из

пластины 5j. Демонстратор при этом может начертить этот путь мелом на доске и сопровождать показ соответствукщими пояснениями или замерами (например, при демонстрации явления отражения света можно замерить угол отражения). После демонстрации оптического явления на одном рабочем оптическом элементе 5 демонстратор легко снимает его с экрана 4 и устанавливает на экране 4 другой рабочий оптический элемент 5,, демонстрируя поочередно такие оптические явления как преломление и отражение света различными оптическими элементами, явления дифракции и интерфе ренции света.

По окончании демонстрации демонстратор снимает с экрана 4 держатель I с лазером 2 и цилиндрической линзой 3, рабочий оптический элемент 5 , укладывает элементы устройства в чемодан 7 и закрывает его.

В сравнении с прототипом заявляемое устройство для демонстрации явлений оптики обладает более широкими демонстрационными возможностями и более удобно в эксплуатации.

Авторы i f yf Пызин Г.П.

.--7 Ре Чкалов В. Г.

Столяров Ю.Н.

-

шаков В.Л.

Claims (3)

1. Устройство для демонстрации явлений оптики, содержащее лазер, закрепленный перед ним в держателе преобразующий оптический элемент, экран и рабочий оптический элемент, отличающееся тем, что лазер имеет автономный источник питания и установлен в держателе, задняя поверхность которого снабжена постоянными магнитами, с возможностью фиксации его во включенном состоянии, преобразующий оптический элемент представляет собой цилиндрическую линзу для развертывания луча в плоскость, ортогональную экрану, являющемуся магнитной доской, а также в устройство введен дополнительно набор рабочих оптических элементов, при этом все оптические элементы выполнены съемными, для чего их задние поверхности, выполненные диффузно отражающими, снабжены постоянными магнитами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что все его элементы размещены в чемодане, крышка и дно которого обладают магнитными свойствами, причем крышка служит экраном.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что набор рабочих оптических элементов включает в себя плоско-параллельную пластину, плоско-выпуклую и плоско-вогнутую линзы и прямоугольную призму, обеспечивающие явления преломления света, плоское, кривые зеркала и модель световода, обеспечивающие явления отражения света, отражательную и пропускающую фазовые дифракционные решетки, обеспечивающие явления дифракции света, и две плоско-параллельные пластины, образующие между собой воздушный клин, обеспечивающие явления интерференции света.