一种光的反射演示实验器的制作方法

1.本实用新型涉及教学设备技术领域，尤其涉及一种光的反射演示实验器。


背景技术：

2.光的反射定律是初中阶段学生需要掌握的重要光学定律，教师通常通过口头讲解结合实验演示来帮助学生理解和掌握光的反射定律。目前的实验器通常会制造烟雾来清晰显示光路，但是该类实验器均采用封闭罩体，存在以下问题：1、光源发出的入射光经由封闭罩体进入罩体内部时，会在罩体发生反射或折射现象，影响实验效果；2、雾化过程中持续产生的雾珠会在罩体内部集聚从而对光路产生影响；3、向雾化杯加水或者进行其他罩体内的操作时需要取下封闭罩体，很不方便。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种光的反射演示实验器，采用顶部开放的罩体结构可以使入射光线直接由空气射至平面镜，并且可以清晰显示光路，增强实验效果，同时省去来回取放罩体的麻烦，提高操作的便利性。
4.为了实现本实用新型的上述目的，提供以下技术方案：
5.一种光的反射演示实验器，包括：包括：底座、刻度盘、平面镜、入射光源和雾化装置；所述底座的前后两面分别设有垂直于水平面向上延伸的直立透明观察面和直立背板；其中，所述底座、透明观察面和背板围成一个顶部开放的罩体。
6.优选的，所述刻度盘与所述背板转动连接且平行设置在所述背板前面；其中，所述刻度盘的中心标有“0
°”
刻度线，所述“0
°”
刻度线的左右两侧对称分布“0～90
°”
刻度线。
7.优选的，所述平面镜固定在所述刻度盘的下方，所述“0”刻度线垂直于所述平面镜，所述“90
°”
刻度线与所述平面镜共面。
8.优选的，还包括固定在所述刻度盘的“0
°”
刻度线正上方的法线光源，所述法线光源发出的法线光线垂直于所述平面镜且在所述刻度盘上的投影与“0
°”
刻度线重合。
9.优选的，所述入射光源至少两个，所述两个入射光源包括：第一入射光源和第二入射光源，且所述第一入射光源、第二入射光源和刻度盘围绕所述背板的同一中心轴旋转；其中，所述第一入射光源和第二入射光源发出的入射光线在刻度盘上的投影与“0～90
°”
任一刻度线重合，并且所述第一入射光源、第二入射光源发出的入射光线和法线光源发出的法线光线在平面镜上相交于一点且位于同一平面内。
10.优选的，所述中心轴分别从所述背板向前和向后延伸形成中心轴前段和中心轴后段；其中，所述中心轴前段旋转套装所述刻度盘；所述中心轴后段沿轴向间隔套装用于固定所述第一入射光源的第一旋转臂和用于固定所述第二入射光源的第二旋转臂。
11.优选的，所述雾化装置具有两个，分别设置在所述底座两侧，包括：雾化器、雾化杯和导管；所述导管一端连接雾化器，另一端伸入雾化杯底部；其中，所述两个雾化器倾斜相向设置，且均设置在雾化杯的上方和平面镜的下方。
12.优选的，还包括：用于开启雾化装置的雾化开关，用于开启法线光源的法线开关，用于开启第一入射光源的第一入射光源开关，用于开启第二入射光源的第二入射光源开关。
13.优选的，还包括至少两个漫反射光源和表面凹凸不平的粗糙镜面；所述两个漫反射光源与所述第一入射光源或第二入射光源并列安装，并且所述两个漫反射光源发出的光线与所述第一入射光源或第二入射光源发出的光线平行。
14.优选的，每个所述漫反射光源由同一个漫反射光源开关控制。
15.本实用新型的有益效果体现在以下方面：
16.1)本实用新型采用顶部开放的罩体结构可以使入射光线从空气中直接入射至平面镜，避免经过封闭罩体时发生折射和反射现象而影响实验效果；同时顶部开放的罩体结构便于产生的雾珠散开，避免雾珠在封闭罩体内集聚而影响光路，可以清晰显示光路。此外，顶部开放的罩体结构便于向雾化杯中加水及进行其他罩体内的操作，省去来回取放罩体的麻烦，提高操作的便利性；
17.2)本实用新型采用直立透明观察面观察光路，无论距离远近均可以清晰观察到光路的走向，避免了现有技术的半球形罩体观察光路时必须要走近罩体并让视线垂直于圆弧观察面才能看清光路的麻烦；
18.3)本实用新型平面镜、法线光源与刻度盘固定连接，使法线光源发出的法线光线始终垂直平面镜并始终与“0
°”
刻度线重合，因此可以通过旋转入射光源而平面镜不动，以及通过旋转平面镜而入射光源不动两种方式来验证光的反射定律成立，使实验结论具有普遍性
19.4)本实用新型第一入射光源、第二入射光源发出的入射光线和法线光源发出的法线光线位于刻度盘前面的立体空间内，可以使光路更容易观察，结合雾化装置可以更加清晰显示光路。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例一光的反射演示实验器的结构示意图；
21.图2是图1所示的后视图；
22.图3是本实用新型旋转臂与刻度盘的安装结构示意图；
23.图4是本实用新型实施例二的结构示意图；
24.图5是图4所示的后视图。
25.附图标记说明：1
‑
底座；10
‑
透明面板；11
‑
透明观察面；12
‑
背板；120
‑
中心轴前段；121
‑
中心轴后段；13
‑
雾化器；14
‑
雾化杯；15
‑
导管；16
‑
弹簧垫片；17
‑
定位板；2
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刻度盘；21
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抓手；3
‑
平面镜；31
‑
粗糙镜面；4
‑
平面托板；5
‑
法线光源；61
‑
第一入射光源；62
‑
第二入射光源；71
‑
第一旋转臂；72
‑
第二旋转臂；8
‑
漫反射光源；91
‑
雾化开关；92
‑
法线开关；93
‑
第一入射光源开关；94
‑
第二入射光源开关；95
‑
漫反射光源开关。
具体实施方式
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，文中“前”、“后”等指示方位或位置关系的术语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不
是指示或暗指所指的装置、元件等必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限定。
27.实施例一
28.如图1所示，本实施例提供一种光的反射演示实验器，包括：底座1、刻度盘2、平面镜3、入射光源和雾化装置。
29.本实施例的底座1为长方体，其前、后两面分别设有垂直于水平面向上延伸的直立透明观察面11、直立背板12，其左、右两面设有高出底座1的透明面板10。其中，底座1、透明观察面11、背板12和两块透明面板10围成一个顶部开放的罩体。顶部开放的罩体结构可以使入射光线从空气中直接入射至平面镜，避免经过封闭罩体时发生折射和反射现象而影响实验效果；同时顶部开放的罩体结构便于产生的雾珠散开，避免雾珠在封闭罩体内集聚而影响光路，可以清晰显示光路。此外，顶部开放的罩体结构便于向雾化杯中加水及进行其他罩体内的操作，省去来回取放罩体的麻烦，提高操作的便利性。
30.本实施例的透明观察面11位于底座1的正前面，并且是垂直于水平面的直立面，透过本实施例的透明观察面11观察光路时，无论距离远近均可以清晰观察到光路的走向，避免了现有技术的半球形罩体观察光路时必须要走近罩体并让视线垂直于圆弧观察面才能看清光路的麻烦。
31.本实施例由底座1、透明观察面11、背板12和两块透明面板10围成一个用于显示光路的立体空间，通过观察该立体空间内的光路可以验证入射光线、反射光线和法线在同一平面内；探究入射光线和反射光线分居法线两侧，入射角等于反射角；验证光路可逆。通过多次反复实验演示使实验结果具有普遍性，从而验证光的反射定律成立。
32.如图1所示，本实施例的刻度盘2为半圆形，与透明观察面11和背板12平行设置。刻度盘2的中心标有“0
°”
刻度线，“0
°”
刻度线的左右两侧对称分布“0～90
°”
刻度线，便于观察入射角和反射角的大小。
33.本实施例的一个实施方式中，在刻度盘2的下方固定一平面镜3，并使“0”刻度线垂直于平面镜3，“90
°”
刻度线与平面镜3共面；并在刻度盘2的“0
°”
刻度线正上方固定一个法线光源5，法线光源5从刻度盘2向前伸出并位于刻度盘2前面的立体空间内，使法线光源5发出的法线光线垂直于平面镜3且在刻度盘2上的投影与“0
°”
刻度线重合，通过法线光线和“0
°”
刻度线重合的方式可以更加方便的探究入射光线和反射光线分居法线两侧以及入射角等于反射角。
34.本实施例平面镜3固定在一平面托板4上，通过将平面托板4固定在刻度盘2上实现与刻度盘的连接。
35.本实施例设有可以改变入射光线方向的第一入射光源61和第二入射光源62，且第一入射光源61、第二入射光源62和刻度盘2围绕同一中心轴旋转。
36.如图3所示，本实施例的一个实施方式中，中心轴与背板12是一体结构，背板12分别向前和向后延伸形成中心轴前段120和中心轴后段121。第一旋转臂71和第二旋转臂72间隔套装在中心轴后段121的不同位置，可以实现第一旋转臂71和第二旋转臂72各自独立旋转。第一入射光源61固定在第一旋转臂71顶端，第二入射光源62固定在第二旋转臂72顶端，第一入射光源61和第二入射光源62通过随第一旋转臂71和第二旋转臂72旋转实现第一入射光源61和第二入射光源62的入射光线方向的改变。
37.如图3所示，刻度盘2旋转套装在中心轴前段120。为了使第一旋转臂71、第二旋转臂72和刻度盘2在旋转过程中能定位在某一个位置，本实施例在中心轴前段120的前端和中心轴后段121的后端分别安装定位板17，且在第一旋转臂71和第二旋转臂72之间以及刻度盘2和定位板17之间设置弹簧垫片16，在弹簧垫片16的弹力作用下可以实现旋转定位。在进一步的实施方式中，还可以将中心轴设置为台阶轴或者在第一旋转臂71和第二旋转臂72上安装磁铁与背板12通过磁吸定位。
38.具体实施时，本实施例将第一入射光源61、第二入射光源62分别从第一旋转臂71和第二旋转臂72向前伸出至刻度盘2前面的立体空间内，使第一入射光源61、第二入射光源62发出的入射光线和法线光源5发出的法线光线在平面镜上相交于一点且位于同一平面内，从而便于在立体空间内演示光的反射定律。
39.由于第一入射光源61、第二入射光源62和刻度盘2围绕同一中心轴旋转，因此第一入射光源61和第二入射光源62发出的入射光线在刻度盘2上的投影与“0～90
°”
任一刻度线重合，便于测量立体空间内入射角和反射角的角度。
40.由于第一入射光源61、第二入射光源62和平面镜3(随刻度盘一起旋转)均可旋转，因此可以通过旋转第一入射光源61或第二入射光源62(平面镜3不动)改变入射光线方向来改变入射角和反射角角度，也可以通过旋转平面镜3(第一入射光源61或第二入射光源62不动)改变反射镜面的倾斜角度来改变入射角和反射角角度，本实施例通过从多方面改变入射角和反射角角度来验证入射角等于反射角，使实验结论具有普遍性。此外，通过旋转第一入射光源61和第二入射光源62，并使第一入射光源61和第二入射光源62发出的入射光线投影在“0
°”
刻度线两侧的“0～90
°”
刻度线的任一对应位置时，可以观察到第一入射光源61的反射光线与第二入射光源62的入射光线重合，第二入射光源62的反射光线与第一入射光源61的入射光线重合，从而验证光路可逆。
41.具体实施时，为了增强实验效果，可以使第一入射光源61发出红色的入射光线，使第二入射光源62发出绿色的入射光线。
42.进一步的，本实施例在刻度盘2的上方两侧设有突出于圆弧面的抓手21，抓住抓手21可以方便的旋转刻度盘2。为了更清晰的观察光在空气中的传播路径，本实施例设有雾化装置。具体的，如图1所示，本实施例雾化装置具有两个，分别设置在底座1两侧，包括：雾化器13、雾化杯14和导管15。导管15一端连接雾化器，另一端伸入雾化杯14底部。雾化杯14置于底座1的定位槽内。其中，两个雾化器13均设置在雾化杯14的上方和平面镜的下方，且两个雾化器13倾斜相向设置，用于在平面镜上方的立体空间内最大范围的产生雾珠，以便于清晰显示光路。
43.本实施例进一步的实施方式中，背板12为上圆下方的结构，便于第一入射光源61和第二入射光源62旋转。透明观察面11为上圆下方的结构，也可设计成上方下方的结构或其他直立结构。
44.如图2所示，本实施例设有用于开启雾化装置的雾化开关91，用于开启法线光源的法线开关92，用于开启第一入射光源61的第一入射光源开关93，用于开启第二入射光源62的第二入射光源开关94。本实施例采用5v电压供电。
45.本实施例验证光的反射定律可以包括以下实验步骤：
46.1、接通5v电源；
47.2、从开放的罩体顶部向雾化杯14内加水，打开雾化开关91，使底座1、透明观察面11、背板12和两块透明面板10围成的立体空间雾化，以便于清晰显示光路；
48.3、旋转平面镜3使其保持水平，打开法线光源5，打开第一入射光源61，通过透明观察面11可以观察到入射光线和反射光线分居法线两侧，入射角等于反射角；从透明面板10所在的侧面可以观察到入射光线、反射光线和法线在同一平面内；
49.4、打开第二入射光源62，使第二入射光源62的入射光线沿第一入射光源61的反射光线射出，可以观察到第二入射光源62的反射光线与第一入射光源61的入射光线重合，从而验证光路可逆；
50.5、旋转第一旋转臂71改变第一入射光源61的入射光线方向，旋转第二旋转臂72改变第二入射光源62的入射光线方向，通过多次实验验证光的反射定律成立，使实验结论具有普遍性；
51.6、保持入射光线的方向不变，旋转平面镜3使其倾斜于水平面，通过多次实验验证光的反射定律成立，使实验结论具有普遍性。
52.本实施例的平面镜3、法线光源5与刻度盘2固定连接，使法线光源5发出的法线光线始终垂直平面镜3并始终与“0
°”
刻度线重合，因此可以通过旋转入射光源而平面镜不动，以及通过旋转平面镜而入射光源不动两种方式来验证光的反射定律成立，使实验结论具有普遍性。
53.实施例二
54.本实施例在实施例一的基础上增加了光的漫反射实验，还包括多个漫反射光源8和表面凹凸不平的粗糙镜面31。
55.如图4所示，在本实施例的一种实施方式中，包括两个漫反射光源8，两个漫反射光源8并列安装在第二入射光源62的两侧，如图5所示，两个漫反射光源8由同一个漫反射光源开关95控制。
56.本实施例光的漫反射实验可以包括以下实验步骤：
57.1、接通5v电源；
58.2、从开放的罩体顶部向雾化杯14内加水，打开雾化开关91，使底座1、透明观察面11、背板12和两块透明面板10围成的立体空间雾化，以便于清晰显示光路；
59.3、将表面凹凸不平的粗糙镜面31放在平面镜3上方，打开第二入射光源62、打开漫反射光源8，可以观察到第二入射光源62和两个漫反射光源8发出三束平行光，三束平行光经过粗糙镜面31后发生了漫反射。
60.尽管上述对本实用新型做了详细说明，但本实用新型不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本实用新型的原理进行修改，因此，凡按照本实用新型的原理进行的各种修改都应当理解为落入本实用新型的保护范围。