一种可调入射角度的光学教学装置

陈柳

摘 要：一种可调入射角度的光学教学装置，其特征在于：包括基板、背板、摆杆、支架和激光笔，基板上竖直安装背板，该背板前端的基板上设置支架，该背板后端的基板上设置能左右限位摆转的摆杆，该摆杆上端部设置的激光笔发射端位于支架上方，在背板前端面上方设置与激光笔发射端相对位的入射角标尺，所述支架上能放置至少一个玻璃容器，在背板前端面设置与每个玻璃容器相对位的折射角标尺。

关键词：包括基板；背板；摆杆

中图分类号：TN713 文献标识码：A

1.技术领域

本装置涉及光学教学教具结构改进技术领域，尤其是一种可调入射角度的光学教学装置。

2.背景技术

光从空气斜射入其他介质时，传播方向发生改变，从而使光线在不同介质的交界处发生偏折，主要原因是光在两种不同介质中的传播速度不同，所以在两种不同介质的交界处传播方向发生变化。现有的教学教具主要有两种：（1）将一个半圆形玻璃板固定在一平板上，教室手持激光笔，用激光照射半圆形玻璃板直径截面，然后观察激光在玻璃介质内的折射现象；（2）用上开口玻璃容器盛入不同的液体，使激光倾斜入射，观察液体内发生的光的折射现象。上述两种教具中，第一种较简单，但重量较大，教室需要一手扶住平板，一手手持激光笔，同时还要调整激光入射角度并讲解，实际操作非常不便；第二种便于操作，但入射的角度、折射的角度读取时不方便。无论上述哪种结构均存在以下问题，即无法连续观察激光在多个介质中的路径的变化，而且各种角度读取非常不方便。

3.本装置内容

一种可调入射角度的光学教学装置，其特征在于：包括基板、背板、摆杆、支架和激光笔，基板上竖直安装背板，该背板前端的基板上设置支架，该背板后端的基板上设置能左右限位摆转的摆杆，该摆杆上端部设置的激光笔发射端位于支架上方，在背板前端面上方设置与激光笔发射端相对位的入射角标尺，所述支架上能放置至少一个玻璃容器，在背板前端面设置与每个玻璃容器相对位的折射角标尺。

背板上端边缘制成半圆形，在背板后端的基板中部设置一轴座，该轴座内的铰轴外缘嵌装在所述摆杆下端内，摆杆沿着铰轴在背板后左右摆转，摆杆上制出一定位杆，该定位杆滑动穿装在背板上制出的半圆槽内，定位杆伸到背板前端的端部套装一用于将定位杆固定在背板前端面的螺母。

所述摆杆上端制出一安装杆，该安装杆伸到所述支架的上方的端部安装一弹性环，该弹性环内套装所述激光笔。

所述支架包括4个支撑腿和框架，4个支撑腿安装在框架的4个角处，每个支撑腿上端设置一插接槽，该插接槽内用于嵌装位于上方的支撑腿的下端部。

本装置的优点和积极效果是：

本装置中，摆杆沿着铰轴左右摆转并通过螺母固定在某个位置，支架上放置的3个玻璃容器可自由变换位置，调整激光笔的发射端的角度，使其发出的激光为倾斜入射，然后观察激光通过不同玻璃容器时的折射状况，由于玻璃容器中的玻璃较薄，框架的边缘也很薄，相鄰的两个玻璃容器可近似的认为相邻的两个表面互相贴在一起，激光通过每个介质时均可以通过对位的折射角标尺读取度数，学生可以调整3个分别盛装液体、气体、固体的玻璃容器的位置，观察激光经过时发生的变化，而且变化的角度可以直观的独处，通过实践，能让学生参与到实验过程中，对于理论的理解有很好的促进作用。

4.具体实施方式

一种可调入射角度的光学教学装置，如图1～图2所示，本装置的创新在于：包括基板13、背板9、摆杆1、支架和激光笔2，基板上竖直安装背板，该背板前端的基板上设置支架，该背板后端的基板上设置能左右限位摆转的摆杆，该摆杆上端部设置的激光笔发射端4位于支架上方，在背板前端面上方设置与激光笔发射端相对位的入射角标尺5，所述支架上能放置至少一个玻璃容器16，在背板前端面设置与每个玻璃容器相对位的折射角标尺15。

本实施例中，背板上端边缘制成半圆形，在背板后端的基板中部设置一轴座20，该轴座内的铰轴18外缘嵌装在所述摆杆下端19内，摆杆沿着铰轴在背板后左右摆转，摆杆上制出一定位杆7，该定位杆滑动穿装在背板上制出的半圆槽8内，定位杆伸到背板前端的端部套装一用于将定位杆固定在背板前端面的螺母6。

摆杆上端制出一安装杆17，该安装杆伸到所述支架的上方的端部安装一弹性环3，该弹性环内套装所述激光笔。

支架包括四个支撑腿12和框架10，4个支撑腿安装在框架的4个角处，每个支撑腿上端设置一插接槽11，该插接槽内用于嵌装位于上方的支撑腿的下端部。所述支架为3个且自上至下叠放，3个玻璃容器中分别盛装水、烟雾和透明硅胶，背板前端面设置与3个支架上的玻璃容器相对位的3个折射角标尺。

玻璃容器可以上端开口的，然后通过玻璃盖扣装封闭的，或者直接是密封的，里面冲入水、烟雾或透明硅胶，然后将主入口封闭，两种结构均可以，只要保证玻璃容器的侧壁足够薄即可，使玻璃材质对激光的影响最小。

另外，3个支架中的框架相互靠近，而且框架自身的材料足够薄，使相邻的两个玻璃容器放好后基本可以认为二者相邻的端面是贴在一起的，其目的也是消除间隙对于激光的影响。

使用时，将摆杆摆转一个角度，然后拧紧螺母，使摆杆固定，再将3个玻璃容器调整好竖直的位置，可任意放置，然后打开激光笔，使激光倾斜入射，观察激光通过3个玻璃容器时角度的变化，刚刚射出的激光角度可通过入射角标尺读取，在3个玻璃容器内的折射光的角度可通过对应的折射角标尺读取，非常的方便，教师可以在授课时自行使用，也可以让学生在实验时自己进行操作。

本装置中，摆杆沿着铰轴左右摆转并通过螺母固定在某个位置，支架上放置的3个玻璃容器可自由变换位置，调整激光笔的发射端的角度，使其发出的激光为倾斜入射，然后观察激光通过不同玻璃容器时的折射状况，由于玻璃容器中的玻璃较薄，框架的边缘也很薄，相邻的两个玻璃容器可近似的认为相邻的两个表面互相贴在一起，激光通过每个介质时均可以通过对位的折射角标尺读取度数，学生可以调整3个分别盛装液体、气体、固体的玻璃容器的位置，观察激光经过时发生的变化，而且变化的角度可以直观的独处，通过实践，能让学生参与到实验过程中，对于理论的理解有很好的促进作用。

参考文献

[1]郭高峰.一种圆内弦重物运动演示装置[J].中国新技术新产品，2015 （20）：14.endprint