RU94040U1 - EDUCATIONAL EDUCATION KIT - Google Patents
EDUCATIONAL EDUCATION KIT Download PDFInfo
- Publication number
- RU94040U1 RU94040U1 RU2009148462/22U RU2009148462U RU94040U1 RU 94040 U1 RU94040 U1 RU 94040U1 RU 2009148462/22 U RU2009148462/22 U RU 2009148462/22U RU 2009148462 U RU2009148462 U RU 2009148462U RU 94040 U1 RU94040 U1 RU 94040U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical elements
- illuminator
- magnetic
- kit according
- cylindrical
- Prior art date
Links
Landscapes
- Toys (AREA)
Abstract
1. Учебный комплект по оптике, предназначенный для проведения демонстрационных опытов и содержащий лазерный осветитель и набор оптических элементов, отличающийся тем, что осветитель содержит корпус в виде коробки, внутри которой установлено нечетное количество лазерных источников света, а в одной из ее боковых стенок выполнены отверстия по числу источников света, расположенные напротив указанных соответствующих источников, набор оптических элементов включает: плоскопараллельную пластину, по меньшей мере, одну полуцилиндрическую пластину, собирающую и рассеивающую цилиндрические линзы для моделирования хода луча на сферических поверхностях, каждая из которых имеет нижнюю и верхнюю параллельные плоские грани и две боковые цилиндрические поверхности, выпуклые для собирающей линзы и вогнутые для рассеивающей линзы с одинаковыми радиусами кривизны для обеих линз, и треугольную призму, при этом габариты поверхностей оптических элементов, обращаемых при проведении демонстрационных опытов к отверстиям в коробке осветителя, выбраны из условия перекрытия этими поверхностями всех указанных отверстий. ! 2. Комплект по п.1, отличающийся тем, что осветитель выполнен с возможностью крепления к магнитной поверхности с помощью, по меньшей мере, одного установленного на ее опорной поверхности магнитного держателя. ! 3. Комплект по п.1, отличающийся тем, что оптические элементы выполнены с возможностью крепления к магнитной поверхности с помощью магнитных держателей. ! 4. Комплект по п.3, отличающийся тем, что магнитные держатели оптических элементов представляют собой встроенные магнитные элементы или накладки из � 1. The training kit for optics, designed for demonstration experiments and containing a laser illuminator and a set of optical elements, characterized in that the illuminator contains a housing in the form of a box, inside of which an odd number of laser light sources are installed, and holes are made in one of its side walls according to the number of light sources located opposite these respective sources, the set of optical elements includes: a plane-parallel plate, at least one half-cylindrical square tin, collecting and scattering cylindrical lenses for modeling the beam path on spherical surfaces, each of which has lower and upper parallel flat faces and two lateral cylindrical surfaces, convex for the collecting lens and concave for the scattering lens with the same radii of curvature for both lenses, and triangular a prism, while the dimensions of the surfaces of the optical elements that are turned during the demonstration experiments to the holes in the illuminator box are selected from the condition of overlapping these surfaces tyami all these holes. ! 2. The kit according to claim 1, characterized in that the illuminator is configured to be attached to a magnetic surface using at least one magnetic holder mounted on its supporting surface. ! 3. The kit according to claim 1, characterized in that the optical elements are configured to be attached to a magnetic surface using magnetic holders. ! 4. The kit according to claim 3, characterized in that the magnetic holders of the optical elements are built-in magnetic elements or overlays of �
Description
Полезная модель относится к средствам обучения и касается конструкции учебного комплекта, предназначенного для проведения демонстрационных опытов по оптике в условиях типового кабинета физики средних общеобразовательных учебных заведений.The utility model relates to teaching aids and relates to the construction of a training kit intended for demonstration experiments in optics in a typical physics classroom in secondary schools.
Известен учебный комплект по оптике, содержащий источник белого света, линзы, светофильтры и экран. Комплект предназначен для демонстрации явления разложения белого света в спектр (см. US 4033052, 1977 г.). Известный комплект имеет ограниченное применение, т.к. рассчитан на демонстрацию только небольшого числа опытов при изучении свойств света и не позволяет демонстрировать все многообразие эффектов, связанных со свойствами света.A well-known training kit in optics containing a white light source, lenses, filters and a screen. The kit is intended to demonstrate the phenomenon of decomposition of white light into a spectrum (see US 4033052, 1977). The known kit has limited use, because It is designed to demonstrate only a small number of experiments in studying the properties of light and does not allow to demonstrate the whole variety of effects associated with the properties of light.
Известен учебный прибор по оптике, предназначенный, в том числе, для использования на уроках физики в средней школе при демонстрации эксперимента по разделению длины волны. Помимо комплекта линз и других оптических элементов в состав прибора входят средства преобразования электрических сигналов, звуковых сигналов и цифровых сигналов в оптические сигналы (см. CN 201122374, 2008 г.). Прибор имеет сложную конструкцию и используется для демонстрации только одного оптического эксперимента.A well-known educational device in optics is intended, inter alia, for use in physics lessons in high school when demonstrating an experiment on separation of the wavelength. In addition to a set of lenses and other optical elements, the instrument also includes means for converting electrical signals, audio signals, and digital signals into optical signals (see CN 201122374, 2008). The device has a complex structure and is used to demonstrate only one optical experiment.
Ближайшим аналогом к заявляемой полезной модели является устройство для демонстрации явлений оптики, содержащее лазерный источник излучения, преобразующий оптический элемент, экран и рабочий оптический элемент. Лазер имеет автономный источник питания и установлен в держателе, задняя поверхность которого снабжена постоянными магнитами, преобразующий оптический элемент представляет собой цилиндрическую линзу для развертывания луча в плоскость, ортогональную экрану, являющемуся магнитной доской. 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, (см. RU 4179 U1, 1997 г.). Известное устройство имеет недостаточно широкие демонстрационные возможности вследствие использования лазерного осветителя с одним лазерным источником света. В результате известное устройство не позволяет демонстрировать целый ряд оптических эффектов, проявляющихся при воздействии на оптические элементы несколькими источниками света.The closest analogue to the claimed utility model is a device for demonstrating the phenomena of optics, containing a laser radiation source that converts an optical element, a screen and a working optical element. The laser has an autonomous power source and is installed in the holder, the rear surface of which is equipped with permanent magnets, the converting optical element is a cylindrical lens for deploying the beam into a plane orthogonal to the screen, which is a magnetic board. An additional set of working optical elements is introduced into the device, while all optical elements are removable, for which their rear surfaces, made diffusely reflecting, are equipped with permanent magnets (see RU 4179 U1, 1997). The known device has insufficiently wide demonstration capabilities due to the use of a laser illuminator with a single laser light source. As a result, the known device does not allow to demonstrate a number of optical effects that occur when several light sources are exposed to optical elements.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи по созданию учебного комплекта по оптике, который позволил бы проводить демонстрационные эксперименты по различным темам учебного курса оптики, обеспечивающие наблюдение за распространением в пространстве светового луча, испущенного одним или несколькими лазерными источниками света.The inventive utility model is aimed at solving the problem of creating a training kit in optics, which would allow conducting demonstration experiments on various topics of the training course in optics, providing observation of the propagation in space of a light beam emitted by one or more laser light sources.
Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении полезной модели, заключается в расширении демонстрационных возможностей учебного комплекта по оптике с обеспечением при этом удобства пользования в процессе обучения и повышения достоверности проводимых опытов.. В результате повышается эффективность обучения как при участии преподавателя, так и в самостоятельном режиме и как при групповом, так и при индивидуальном обучении. Учебный комплект позволяет преподносить изучаемый материал практически любой аудитории.The technical result that can be achieved by implementing the utility model is to expand the demonstration capabilities of the training kit in optics while ensuring ease of use in the learning process and increasing the reliability of the experiments. As a result, the effectiveness of training is increased both with the participation of the teacher and independent mode and both in group and in individual training. The training kit allows you to present the studied material to almost any audience.
Для достижения указанного технического результата предлагается учебный комплект по оптике, содержащий лазерный осветитель, корпус которого выполнен в виде коробки, и набор оптических элементов. Внутри коробки осветителя вмонтировано нечетное количество лазерных источников света, а в одной из ее боковых стенок выполнены отверстия по числу источников света, расположенные напротив указанных соответствующих источников. Набор оптических элементов включает: плоскопараллельную пластину, по меньшей мере, одну полуцилиндрическую пластину, собирающую и рассеивающую цилиндрические линзы для моделирования хода луча на сферических поверхностях, каждая из которых имеет нижнюю и верхнюю параллельные плоские грани и две боковые цилиндрические поверхности выпуклые для собирающей линзы и вогнутые для рассеивающей линзы с одинаковыми радиусами кривизны для обеих линз, цилиндрическую линзу и треугольную призму. Габариты поверхностей оптических элементов, обращаемых, при проведении демонстрационных опытов, к отверстиям в коробке осветителя, выбраны из условия перекрытия этими поверхностями всех указанных отверстий с тем, чтобы при проходе лучей от лазерных источников света через оптические элементы были охвачены все характерные точки оптических элементов.To achieve the technical result, a training kit for optics is proposed, containing a laser illuminator, the casing of which is made in the form of a box, and a set of optical elements. An odd number of laser light sources are mounted inside the illuminator box, and holes are made in one of its side walls according to the number of light sources located opposite the indicated respective sources. The set of optical elements includes: a plane-parallel plate, at least one semi-cylindrical plate, collecting and scattering cylindrical lenses for modeling the beam path on spherical surfaces, each of which has lower and upper parallel flat faces and two lateral cylindrical surfaces convex for the collecting lens and concave for a scattering lens with the same radii of curvature for both lenses, a cylindrical lens and a triangular prism. The dimensions of the surfaces of the optical elements that are turned, during the demonstration experiments, to the holes in the illuminator box, are selected from the condition that these surfaces overlap all these holes so that when the rays from the laser light sources pass through the optical elements, all the characteristic points of the optical elements are covered.
Осветитель выполнен с возможностью крепления к магнитной поверхности с помощью, по меньшей мере, одного закрепленного на его опорной поверхности магнитного держателя, преимущественно, представляющего собой накладку из магнитопласта.The lighter is made with the possibility of fastening to a magnetic surface with at least one magnetic holder fixed to its supporting surface, mainly representing a magnetoplay.
Оптические элементы выполнены с возможностью крепления к магнитной поверхности с помощью магнитных держателей Магнитные держатели оптических элементов, магнитные держатели оптических элементов представляют собой встроенные магнитные элементы или накладки из магнитопласта.Optical elements are made with the possibility of fastening to a magnetic surface using magnetic holders. Magnetic holders of optical elements, magnetic holders of optical elements are built-in magnetic elements or overlays of magnetoplast.
Опорная поверхность оптических элементов покрыта белой матовой краской.The supporting surface of the optical elements is coated with a white matte paint.
Осветитель снабжен адаптером, присоединяемым к бытовой сети.The lighter is equipped with an adapter that connects to a household network.
Набор оптических элементов включает две полуцилиндрические пластины, отличающиеся одна от другой радиусом цилиндра.The set of optical elements includes two semi-cylindrical plates, differing from one another by the radius of the cylinder.
Комплект дополнительно включает двустороннее пластиковое зеркало с зажимами для фиксации зеркала в изогнутом состоянии и плоское зеркало на уголковом держателе.The kit additionally includes a double-sided plastic mirror with clamps for fixing the mirror in a bent state and a flat mirror on the corner holder.
Набор оптических элементов дополнительно включает трапециевидную призму.The set of optical elements further includes a trapezoidal prism.
Благодаря использованию в предлагаемом комплекте лазерного осветителя с нечетным количеством источников света, обеспечивается возможность демонстрации большого числа опытов, связанных с наблюдением за распространением в пространстве светового луча, испущенного одним, тремя или пятью лазерными источниками света, вмонтированными в единый корпус осветителя. Примеры, связанные с демонстрацией некоторых из таких опытов, показаны ниже в описании, а также в прилагаемых изображениях. При этом геометрические параметры оптических элементов подобраны таким образом, что каждый из оптических элементов может участвовать при демонстрации оптических явлений с использованием любого числа лазерных источников света, предусмотренных в осветителе. Состав набора оптических элементов позволяет максимально разнообразить показ особенностей похождения луча/лучей через оптические элементы, используемые автономно, либо устанавливаемые последовательно в различных сочетаниях, либо устанавливаемые в контакте друг с другом также в различных сочетаниях.Thanks to the use of a laser illuminator with an odd number of light sources in the proposed kit, it is possible to demonstrate a large number of experiments related to observing the propagation in space of a light beam emitted by one, three, or five laser light sources mounted in a single illuminator body. Examples associated with the demonstration of some of these experiments are shown below in the description, as well as in the attached images. Moreover, the geometric parameters of the optical elements are selected in such a way that each of the optical elements can participate in the demonstration of optical phenomena using any number of laser light sources provided in the illuminator. The composition of the set of optical elements allows you to diversify the display of the features of the beam / rays through optical elements used independently, either installed sequentially in various combinations, or installed in contact with each other also in various combinations.
Возможность крепления осветителя и оптических элементов на любой наклонной и вертикальной магнитной поверхности за счет использования магнитных держателей обеспечивает демонстрацию опытов, доступную для любой аудитории, при этом стабильность положения элементов комплекта, удерживаемых на магнитной поверхности, обеспечивает значительное удобство в процессе демонстрации и точность получаемых результатов.The ability to mount the illuminator and optical elements on any inclined and vertical magnetic surface through the use of magnetic holders provides a demonstration of experiments that is accessible to any audience, while the stability of the position of the kit elements held on a magnetic surface provides significant convenience in the demonstration process and the accuracy of the results.
Полезная модель поясняется изображениями, гдеThe utility model is illustrated by images where
на фиг.1 показан лазерный осветитель в аксонометрии;figure 1 shows a laser illuminator in a perspective view;
на фиг.2 - оптические элементы комплекта;figure 2 - optical elements of the kit;
рис.1-3 иллюстрируют Опыт 1 «Формирование понятия мнимого изображения»;Fig. 1-3 illustrate Experiment 1 “Formation of the concept of an imaginary image”;
рис.4-6 иллюстрируют Опыт 2 «Оптическая сила двух сложенных линз»;Fig. 4-6 illustrate Experiment 2 “Optical power of two folded lenses”;
рис.7-12 иллюстрируют Опыт 3 «Отражение света от криволинейных поверхностей»;Fig. 7-12 illustrate Test 3 “Reflection of light from curved surfaces”;
рис.13-16 иллюстрируют Опыт 4 «Прохождение света через плоскопараллельную пластину»;Fig. 13-16 illustrate Experiment 4 “The passage of light through a plane-parallel plate”;
рис.17-19 иллюстрируют Опыт 5 «Введение понятий фокуса, фокусного расстояния линзы и оптической силы собирающей линзы»;Fig. 17-19 illustrate Experiment 5 “Introduction of the concepts of focus, focal length of a lens and the optical power of a collecting lens”;
рис.20-21 иллюстрируют Опыт 6 «Введение понятия фокус рассеивающей линзы и ее фокусного расстояния».Fig. 20-21 illustrate Experiment 6 “Introduction of the concept of the focus of a scattering lens and its focal length”.
Учебный комплект по оптике содержит лазерный осветитель 1 и набор оптических элементов.The training kit for optics contains a laser illuminator 1 and a set of optical elements.
Корпус лазерного осветителя 1 выполнен в виде коробки 2, которая имеет возможность крепления на магнитной поверхности с помощью магнитного держателя, преимущественно представляющего собой накладку 3 из магнитопласта, закрепляемую на опорной поверхности корпуса осветителя и, преимущественно, покрывающую всю эту поверхность. Для крепления коробки на магнитной поверхности может быть использовано и несколько магнитных держателей, закрепляемых, например, в угловых частях опорной поверхности корпуса осветителя. На лицевой стороне коробки осветителя 1 расположен включатель. Внутри коробки 2 осветителя вмонтированы установленные в один ряд лазерные источники света, а в боковой стенке 4 коробки выполнены сквозные отверстия 5 (по числу источников света), расположенные в один ряд и напротив соответствующих лазерных источников света. Число лазерных источников, а, следовательно, и отверстий 5 нечетное. В конкретном примере, содержащемся в описании и в прилагаемых изображениях, показан осветитель, имеющий пять лазерных источников света, средний из которых расположен в центральной части боковой стенки 4. Осветитель 1 снабжен адаптером 6, который присоединяется к бытовой сети 220 В, благодаря чему для работы с учебным комплектом не требуется специальный источник электропитания.The body of the laser illuminator 1 is made in the form of a box 2, which has the ability to be mounted on a magnetic surface using a magnetic holder, mainly representing a magnetoplay 3 made of magnetoplast, fixed to the supporting surface of the illuminator body and mainly covering this entire surface. For mounting the box on a magnetic surface, several magnetic holders can also be used, fixed, for example, in the angular parts of the supporting surface of the illuminator body. On the front side of the box illuminator 1 is a switch. Laser light sources mounted in one row are mounted inside the illuminator box 2, and through holes 5 are made in the side wall 4 of the box (according to the number of light sources) located in a row and opposite the respective laser light sources. The number of laser sources, and, consequently, holes 5 is odd. In a specific example contained in the description and in the attached images, a illuminator is shown having five laser light sources, the middle of which is located in the central part of the side wall 4. The illuminator 1 is equipped with an adapter 6 that connects to a 220 V household network, so for operation with the training kit, no special power supply is required.
Набор оптических элементов включает: плоскопараллельную пластину 7, две полуцилиндрические пластины 8 и 9, отличающиеся одна от другой радиусом цилиндра, собирающую 10 и рассеивающую 11 цилиндрические линзы для моделирования хода луча на сферических поверхностях и треугольную призму 12. Собирающая цилиндрическая линза 10 имеет нижнюю и верхнюю параллельные плоские грани и две боковые выпуклые поверхности 13 с одинаковыми радиусами кривизны. Рассеивающая цилиндрическая линза 11 имеет нижнюю и верхнюю параллельные плоские грани и две боковые вогнутые поверхности 14 с одинаковыми радиусами кривизны. При этом радиусы кривизны выпуклых и вогнутых поверхностей соответственно для собирающей и рассеивающей линз равны между собой. Оптические элементы представляют собой прозрачные тела из пластика. При изготовлении оптических элементов соблюдают следующее условие: те боковые поверхности оптических элементов, которые при проведении демонстрационных опытов ориентируются (обращаются) к отверстиям в коробке осветителя, должны иметь такие габаритные размеры (геометрические параметры), при которых указанная поверхность каждого оптического элемента может перекрывать все отверстии в коробке 2 осветителя (т.е. все исходящие от лазерных источников света лучи). Иными словами при проходе через каждый конкретный оптический элемент лучи от лазерных источников света должны охватывать все характерные точки этого оптического элемента.The set of optical elements includes: a plane-parallel plate 7, two semi-cylindrical plates 8 and 9, differing from each other by the radius of the cylinder, collecting 10 and scattering 11 cylindrical lenses for modeling the beam path on spherical surfaces and a triangular prism 12. The collecting cylindrical lens 10 has a lower and upper parallel flat faces and two lateral convex surfaces 13 with the same radii of curvature. The scattering cylindrical lens 11 has lower and upper parallel flat faces and two lateral concave surfaces 14 with the same radii of curvature. Moreover, the radii of curvature of convex and concave surfaces, respectively, for the collecting and scattering lenses are equal to each other. Optical elements are transparent bodies made of plastic. In the manufacture of optical elements, the following condition is met: those lateral surfaces of the optical elements that are oriented (refer) to the holes in the illuminator box during the demonstration experiments must have such overall dimensions (geometric parameters) that the indicated surface of each optical element can overlap all the holes in the box 2 of the illuminator (i.e. all rays emanating from laser light sources). In other words, when passing through each specific optical element, the rays from the laser light sources should cover all the characteristic points of this optical element.
Опорные поверхности оптических элементов покрыты белой матовой краской. Оптические элементы имеют возможность крепления к магнитной поверхности с помощью магнитных держателей, предусмотренных на их опорных поверхностях. Так же, как и для коробки 2 осветителя, таким держателем может служить накладка из магнитопласта, закрепляемая на опорной поверхности оптического элемента (с покрытием всей этой поверхности), или отдельные магнитные элементы 15, встраиваемые в оптические элементы.The supporting surfaces of the optical elements are coated with white matte paint. Optical elements have the ability to be attached to a magnetic surface using magnetic holders provided on their supporting surfaces. As well as for the illuminator box 2, such a holder can be a magnetoplastic overlay fixed on the supporting surface of the optical element (coated with the entire surface), or individual magnetic elements 15 embedded in the optical elements.
В состав комплекта дополнительно входят также трапециевидная призма (рис.14), двустороннее пластиковое зеркало 16 с зажимами для фиксации зеркала в изогнутом состоянии и плоское зеркало 17 на магнитном уголковом держателе.The kit also includes a trapezoidal prism (Fig. 14), a double-sided plastic mirror 16 with clamps for fixing the mirror in a bent state, and a flat mirror 17 on a magnetic corner holder.
В демонстрационных экспериментах, которые проводятся с использованием данного комплекта, наблюдают за распространением в пространстве светового луча, испущенного одним, тремя или пятью лазерными источниками света, вмонтированными в единый корпус осветителя 1. Осветитель 1 и все остальные детали крепится к магнитной доске с помощью магнитных держателей, установленных на их корпусах. Луч каждого лазера осветителя разворачивается цилиндрической линзой в узкий плоский пучок света, плоскость которого располагается перпендикулярно доске. За счет этого свет падает на поверхность доски и рассеивается на ее неровностях. На доске возникает яркий узкий след, что позволяет пронаблюдать его путь вдоль доски. Участки движения луча внутри прозрачных оптических объектов также видны в виде узких линий, поскольку нижняя поверхность объектов покрыта белой матовой краской.In demonstration experiments conducted using this kit, one observes the propagation in space of a light beam emitted by one, three, or five laser light sources mounted in a single housing of illuminator 1. Illuminator 1 and all other parts are attached to the magnetic board using magnetic holders installed on their enclosures. The beam of each illuminator laser is rotated by a cylindrical lens into a narrow flat beam of light, the plane of which is perpendicular to the board. Due to this, light falls on the surface of the board and is scattered on its irregularities. A bright narrow trail appears on the board, which allows you to observe its path along the board. The areas of ray movement inside transparent optical objects are also visible in the form of narrow lines, since the lower surface of the objects is covered with white matte paint.
Лазерный осветитель 1 и все оптические элементы размещаются в одной коробке в соответствующих гнездах.Laser illuminator 1 and all optical elements are placed in one box in the respective slots.
Предлагаемый учебный комплект позволяет демонстрировать различные оптические эффекты. Ниже приведены отдельные примеры использования комплекта.The proposed training kit allows you to demonstrate various optical effects. Below are some examples of using the kit.
Опыт 1. Формирование понятия мнимого изображенияExperience 1. The formation of the concept of an imaginary image
На магнитной доске осветитель 1 крепится так, чтобы луч лазера шел горизонтально. После включения он переводится в режим «3 луча», и перед ним устанавливается полуцилиндрическая пластина 8 малого размера из имеющегося набора оптических деталей. В точке пересечения лучей ставят маркером точку и букву S, поясняя, что эту точку можно считать источником, из которого выходят 3 луча.On the magnetic board, the illuminator 1 is mounted so that the laser beam goes horizontally. After turning it on, it is switched to the “3 rays” mode, and a small-sized semi-cylindrical plate 8 is installed in front of it from the existing set of optical parts. At the point of intersection of the rays put a marker point and the letter S, explaining that this point can be considered a source from which 3 rays come out.
На расстоянии 10-15 см от места пересечения лучей размещают плоское зеркало 17 на магнитном уголковом держателе перпендикулярно центральному лучу осветителя 1. Наблюдают отражение лучей и, слегка поворачивая зеркало 17, показывают, что центральный луч при перпендикулярном падении на плоскость зеркала отражается вдоль линии падения (рис.1).At a distance of 10-15 cm from the intersection of the rays, a flat mirror 17 is placed on a magnetic angle holder perpendicular to the central beam of illuminator 1. Observe the reflection of the rays and, slightly turning the mirror 17, show that the central beam is reflected along the line of incidence when it is perpendicular to the plane of the mirror ( fig. 1).
Вдоль бокового отраженного луча устанавливают линейку на магнитной полоске. Затем зеркало 17 временно снимают, и вдоль линии расположения линейки устанавливают еще одну линейку на магнитной полоске, так чтобы она пересекала центральный луч, идущий из осветителя 1 (рис.2). Поясняют, что так строятся продолжения лучей, отраженных от зеркала. Точку пересечения продолжений отраженного луча обозначают буквой S1.Along the side reflected beam, a ruler is mounted on the magnetic strip. Then the mirror 17 is temporarily removed, and along the line of the ruler’s location one more ruler is installed on the magnetic strip so that it intersects the central beam coming from the illuminator 1 (Fig. 2). Explain that this is how extensions of rays reflected from a mirror are constructed. The intersection point of the extensions of the reflected beam is denoted by the letter S 1 .
Вернув на прежнее место зеркало, устанавливают его так, чтобы отраженные лучи опять шли вдоль первой двух линейки. Затем линейки перемещают и устанавливают их вдоль центрального луча перед плоскостью зеркала и за ним, показывая, что расстояния от плоскости зеркала до точек S и S1 одинаковы (рис.3).Having returned the mirror to its original place, set it so that the reflected rays again go along the first two rulers. Then the rulers move and set them along the central beam in front of and behind the mirror plane, showing that the distances from the mirror plane to points S and S 1 are the same (Fig. 3).
Опыт 2. Оптическая сила двух сложенных линз.Experience 2. The optical power of two folded lenses.
На магнитной доске устанавливают осветитель в режиме «три луча», направляя лучи горизонтально. Демонстрируют ход лучей в собирающей 10 (рис.4) и рассеивающей 11 (рис.5) линзах, а затем - прижав линзы 10, 11 друг к другу вплотную (рис.6). Поскольку оптическая сила собирающей и рассеивающей линз отличаются знаками, то есть оптическая сила двух линз меньше и близка к нулю, то это означает, что после прохождения линз 10, 11, прижатых друг к другу, параллельный пучок должен пересечься в фокусе, расположенном на очень большом расстоянии, что и наблюдается в эксперименте.The illuminator is mounted on a magnetic board in the “three rays” mode, directing the rays horizontally. They demonstrate the path of rays in the collecting 10 (Fig. 4) and scattering 11 (Fig. 5) lenses, and then pressing the 10, 11 lenses against each other (Fig. 6). Since the optical power of the collecting and scattering lenses is different in signs, that is, the optical power of two lenses is less and close to zero, this means that after passing through the lenses 10, 11 pressed against each other, the parallel beam should intersect in focus, located on a very large distance, which is observed in the experiment.
Опыт 3. Отражение света от криволинейных поверхностейExperience 3. Reflection of light from curved surfaces
Для демонстрации отражения лучей от криволинейной поверхности служит зеркало 16 - пластина из пластика, покрытая с обеих сторон тонким слоем металла (рис.7). Пластина из пластика укреплена в пазах двух рифленых черных цилиндрических держателей, которые, в свою очередь, могут сами быть смещены и повернуты относительно прозрачной пластиковой пластины и зафиксированы с помощью винтов (рис.7). Для получения поверхности близкой к фрагменту цилиндрической поверхности, следует ослабить оба винта, удерживающих неподвижно цилиндрические держатели со щелями для пластикового зеркала. Затем, зажав оба рифленых цилиндра между двумя пальцами одной руки, следует одновременно повернуть оба цилиндра вокруг оси так, чтобы пластиковое зеркало приняло нужную форму, и зафиксировать положение рифленых цилиндров, затянув винты и прижав, таким образом, рифленые цилиндры к прозрачной пластине. Причем следует именно вращать винты двумя пальцами (рис.8), используя трение о пальцы, а не просто сдвигать один из рифленых цилиндров вдоль паза в прозрачной пластине. В противном случае поверхность вблизи цилиндров примет неправильную форму, отличную от цилиндрической.To demonstrate the reflection of rays from a curved surface, a mirror 16 is used — a plastic plate coated on both sides with a thin layer of metal (Fig. 7). The plastic plate is fixed in the grooves of two corrugated black cylindrical holders, which, in turn, can themselves be shifted and rotated relative to the transparent plastic plate and fixed with screws (Fig. 7). To obtain a surface close to a fragment of a cylindrical surface, loosen both screws holding the cylindrical holders with slots for the plastic mirror. Then, holding both corrugated cylinders between two fingers of one hand, simultaneously rotate both cylinders around the axis so that the plastic mirror takes the desired shape and fix the position of the corrugated cylinders by tightening the screws and thus pressing the corrugated cylinders to the transparent plate. Moreover, it is necessary to rotate the screws with two fingers (Fig. 8), using friction against the fingers, and not just slide one of the corrugated cylinders along the groove in the transparent plate. Otherwise, the surface near the cylinders will take an irregular shape other than a cylindrical one.
После этого на магнитной доске крепится кривая зеркальная поверхность и осветитель 1. Осветитель после включения переводится в режим «3 луча» или «5 лучей». Осветитель 1 и зеркало 16 устанавливаются так, чтобы центральный луч попадал в центр зеркальной поверхности и отражался сам в себя. Остальные лучи, в зависимости от того вогнутой (рис.9) или выпуклой (рис.10) поверхностью повернута к осветителю зеркальная пластина, будут давать сходящийся или расходящийся пучок лучей (рис.8)After that, a curved mirror surface and illuminator 1 are attached to the magnetic board. After switching on, the illuminator is switched to the “3 rays” or “5 rays” mode. The illuminator 1 and the mirror 16 are installed so that the central beam hits the center of the mirror surface and is reflected in itself. The rest of the rays, depending on whether the concave (Fig. 9) or convex (Fig. 10) surface is turned towards the illuminator, a mirror plate will give a converging or diverging beam of rays (Fig. 8)
При удачном искривлении поверхности (рис.7) отраженные лучи, падающие на такую поверхность параллельно друг другу, сходятся в одной точке, которую называют фокусом. В случае падения нескольких лучей на выпуклую поверхность и рассеяния их, следует обратить внимание, что продолжения, в не сами лучи пересекаются в одной точке (рис.12)With a successful curvature of the surface (Fig. 7), the reflected rays incident on such a surface parallel to each other converge at one point, which is called the focus. In the event that several rays fall on a convex surface and scatter them, it should be noted that the extensions, not the rays themselves intersect at one point (Fig. 12)
Рекомендуется обратить внимание учащихся на то, что на каждом малом участке зеркала, которое можно считать плоским, выполняется закон отражения. Качественно это можно продемонстрировать, направляя в центр зеркала 16 один луч из осветителя 1 и меняя угол падения (рис.11)It is recommended that students pay attention to the fact that the law of reflection is fulfilled on each small section of the mirror that can be considered flat. Qualitatively, this can be demonstrated by directing one beam from illuminator 1 to the center of mirror 16 and changing the angle of incidence (Fig. 11)
При проведении демонстрации в старшей школе можно продемонстрировать и обсудить качественную зависимость фокусного расстояния вогнутого зеркала от радиуса кривизны. Для этого лучше всего создать поверхность, освободить винты и менять кривизну зеркала в ходе демонстрации. При большом радиусе кривизны зеркала, можно также, закрепив винты, показать, что сходимость лучей наблюдается и при боковом падении параллельного пучка (рис.12).When conducting a demonstration in high school, one can demonstrate and discuss the qualitative dependence of the focal length of a concave mirror on the radius of curvature. To do this, it is best to create a surface, loosen the screws and change the curvature of the mirror during the demonstration. With a large radius of curvature of the mirror, it is also possible, by fixing the screws, to show that the convergence of the rays is also observed in the lateral incidence of a parallel beam (Fig. 12).
Опыт 4. Прохождение света через плоскопараллельную пластинуExperience 4. The passage of light through a plane-parallel plate
На магнитной доске устанавливают осветитель 1, работающий в режиме «1 луч», плоскопараллельную пластину 7 с сечением в виде прямоугольника и трапециевидную призму (рис.13).A illuminator 1 operating in the “1 beam” mode, a plane-parallel plate 7 with a section in the form of a rectangle and a trapezoidal prism are installed on a magnetic board (Fig. 13).
Луч света направляют на середину одной из параллельных граней пластины 7 перпендикулярно ее поверхности. Когда луч падает перпендикулярно грани, он, пройдя сквозь пластину, не меняет своего направления и положения на экране. При изменении угла происходит смещение луча без изменения его направления после прохождения пластины. Укрепив на доске линейки на магнитных полосках, легко измерить смещение луча при одинаковом угле падения, но при разных толщинах пластины (рис.13-15) и показать, что смещение пропорционально толщине пластины (ширина пластины прямоугольного сечения 25 мм, высота трапеции в сечении пластины со скошенными краями 35 мм). Для неизменности угла падения в этой серии проще всего продемонстрировать ход луча с одним элементом расположив его примерно под углом 45° (рис.13), затем выключить осветитель 1, придвинуть второй элемент вплотную к первому снизу, затем сместить первый вверх, включить осветитель (рис.14), затем придвинуть сверху первый вплотную ко второму и продемонстрировать ход лучей в составной пластине (рис.15). Отодвигая одну пластину от другой по горизонтали без изменения ориентации, можно показать, что смещение в составной пластине, равно сумме смещений в двух пластинах (рис.16)A ray of light is directed to the middle of one of the parallel faces of the plate 7 perpendicular to its surface. When the beam falls perpendicular to the face, it, passing through the plate, does not change its direction and position on the screen. When the angle changes, the beam is displaced without changing its direction after passing through the plate. Having strengthened the rulers on magnetic strips on the board, it is easy to measure the beam displacement at the same angle of incidence, but at different plate thicknesses (Fig. 13-15) and show that the displacement is proportional to the plate thickness (rectangular plate width 25 mm, trapezoid height in the plate section with beveled edges 35 mm). For the incidence angle to remain unchanged in this series, it is easiest to demonstrate the course of a beam with one element by positioning it at an angle of approximately 45 ° (Fig. 13), then turn off illuminator 1, move the second element close to the first bottom, then shift the first up, turn on the illuminator (Fig .14), then slide the first one close to the second from above and demonstrate the path of the rays in the composite plate (Fig. 15). Moving one plate from another horizontally without changing the orientation, it can be shown that the displacement in the composite plate is equal to the sum of the displacements in the two plates (Fig. 16)
Опыт 5 Введение понятий фокуса, фокусного расстояния линзы и оптической силы собирающей линзыExperience 5 Introduction of the concepts of focus, focal length of the lens and the optical power of the collecting lens
На экран устанавливают осветитель 1 в режиме «три луча» и собирающую 10 цилиндрическую линзу (рис.17). Замечают, что после преломления в линзе пучки сходятся в одной точке, лежащей на оси симметрии линзы. Дают определение фокуса линзы как точки, где сходятся после преломления в линзе лучи, параллельные оптической оси. С помощью линеек на магнитных полосках измеряют фокусное расстояние линзы (отрезок от центра линзы до фокуса f≈7,5 см ÷ 8 см).Illuminator 1 is installed on the screen in the “three rays” mode and a cylindrical lens collecting 10 (Fig. 17). Notice that after refraction in the lens, the beams converge at one point lying on the axis of symmetry of the lens. The focus of the lens is defined as the point where rays parallel to the optical axis converge in the lens after refraction. Using rulers on magnetic strips measure the focal length of the lens (the segment from the center of the lens to the focus is f≈7.5 cm ÷ 8 cm).
Заменяют линзу сначала на большую полуцилиндрическую пластину 9, затем на малую полуцилиндрическую пластину 8, отмечая, что преломление лучей происходит все сильнее и точка пересечения ими оси симметрии происходит все ближе к преломляющей поверхности (рис.18, 19).Replace the lens first with a large semi-cylindrical plate 9, then with a small semi-cylindrical plate 8, noting that the refraction of the rays is becoming stronger and that the point of intersection of the axis of symmetry is getting closer to the refracting surface (Fig. 18, 19).
Дают понятие оптической силы линзы как способности преломлять лучи. Если считать точки пересечения лучей, прошедших сквозь две полу цилиндрические пластины, фокусами таких линз, то оказывается, что оптическая сила полуцилиндрической пластины с меньшим радиусом больше, а фокус меньше. Возвращают на место полуцилиндрической пластины собирающую «тонкую» цилиндрическую линзу и вводят понятие оптической силы линзы, как величины обратной фокусному расстоянию. Если фокусное расстояние измерено в метрах, то величину оптической силы равную 1 м называют диоптрией. 1 диоптрия - оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м. Используя значение фокусного расстояния собирающей линзы, считают ее оптическую в диоптриях.They give the concept of the optical power of a lens as the ability to refract rays. If we consider the points of intersection of the rays passing through two semi-cylindrical plates as the foci of such lenses, it turns out that the optical power of a semi-cylindrical plate with a smaller radius is greater and the focus is smaller. The collecting “thin” cylindrical lens is returned to the place of the semi-cylindrical plate and the concept of the optical power of the lens is introduced as the reciprocal of the focal length. If the focal length is measured in meters, then the magnitude of the optical power equal to 1 m is called diopter. 1 diopter is the optical power of a lens with a focal length of 1 m. Using the value of the focal length of the collecting lens, consider its optical power in diopters.
Опыт 6 Введение понятия фокус рассеивающей линзы и ее фокусного расстоянияExperiment 6 Introduction of the concept of the focus of a scattering lens and its focal length
На экране устанавливают собирающую 10 и рассеивающую 11 линзы и осветитель 1 в режиме «пять лучей». Повторяют опыт с демонстрацией фокуса собирающей линзы (рис.20) и дают определение фокуса как точки пересечения лучей, идущих до преломления в линзе параллельно главной оптической оси.A collecting lens 10 and a diffusing lens 11 and a illuminator 1 in the "five rays" mode are installed on the screen. The experiment is repeated with a demonstration of the focus of the collecting lens (Fig. 20) and the definition of the focus as the point of intersection of the rays going to the refraction in the lens parallel to the main optical axis is given.
Меняют собирающую линзу на рассеивающую, установив собирающую линзу строго над рассеивающей. Дают определение фокуса такой линзы как точки пересечения продолжения лучей, шедших до преломления параллельно главной оптической оси рассеивающей линзы. Построение положения фокуса линзы проводят с помощью 2-х линеек на магнитных полосках или двух листов бумаги (рис.21). Фокусное расстояние примерно равно 7 см.Change the collecting lens to the scattering lens by setting the collecting lens strictly above the scattering lens. The focus of such a lens is defined as the point of intersection of the continuation of the rays that went before refraction parallel to the main optical axis of the scattering lens. Building the position of the focus of the lens is carried out using 2 rulers on magnetic strips or two sheets of paper (Fig. 21). The focal length is approximately 7 cm.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009148462/22U RU94040U1 (en) | 2009-12-28 | 2009-12-28 | EDUCATIONAL EDUCATION KIT |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009148462/22U RU94040U1 (en) | 2009-12-28 | 2009-12-28 | EDUCATIONAL EDUCATION KIT |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94040U1 true RU94040U1 (en) | 2010-05-10 |
Family
ID=42674500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009148462/22U RU94040U1 (en) | 2009-12-28 | 2009-12-28 | EDUCATIONAL EDUCATION KIT |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU94040U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102402889A (en) * | 2011-04-24 | 2012-04-04 | 张津 | Semiconductor green laser beam expansion device |
| CN114333514A (en) * | 2021-12-30 | 2022-04-12 | 北方工业大学 | Triangular pyramid teaching aid |
-
2009
- 2009-12-28 RU RU2009148462/22U patent/RU94040U1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102402889A (en) * | 2011-04-24 | 2012-04-04 | 张津 | Semiconductor green laser beam expansion device |
| CN114333514A (en) * | 2021-12-30 | 2022-04-12 | 北方工业大学 | Triangular pyramid teaching aid |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Southall | Mirrors, prisms and lenses: A text-book of geometrical optics | |
| Freeman | Optics | |
| US9270978B2 (en) | Method and device for 3-D display based on random constructive interference | |
| JP4900618B2 (en) | Imaging element, display device | |
| CN102016714B (en) | Polarization preserving front projection screen | |
| CN103995312A (en) | Light guide plate, double-vision backlight module and double-vision display device | |
| RU94040U1 (en) | EDUCATIONAL EDUCATION KIT | |
| Pedrotti | Basic geometrical optics | |
| CN201829111U (en) | Spray-type optical experimental device | |
| Planinšič et al. | Prism foil from an LCD monitor as a tool for teaching introductory optics | |
| CN2241903Y (en) | Optical educational demonstration instrument | |
| Ouseph | CD rainbows | |
| CN2929871Y (en) | Novel multifunction optical test board | |
| Crowell | Optics | |
| US2155114A (en) | Means for use in the demonstration of optical systems and apparatus | |
| KR100693330B1 (en) | Rear projection screen | |
| CN201829110U (en) | Spray film type geometrical optics experimental apparatus | |
| CN103208221A (en) | Multifunctional optical experiment box with ultrasonic mist and colloid media | |
| Reynolds et al. | Rigorous optical theory of the D Sight phenomenon | |
| RU4179U1 (en) | DEVICE FOR DEMONSTRATION OF OPTICS EVENTS | |
| CN216052267U (en) | Display device | |
| CN201868013U (en) | Smoke-liquid-type geometrical optics experiment instrument | |
| Brilhart | Physical Optics.[Aids to Individualize the Teaching of Science, Mini-Course Units.]. | |
| Ramsey | Elementary geometrical optics | |
| CN2598071Y (en) | Mirror experimental apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB1K | Licence on use of utility model |
Free format text: LICENCE Effective date: 20120425 |
|
| PD9K | Change of name of utility model owner | ||
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190514 Effective date: 20190514 |