專利名稱：激光筆作光源的音叉共振實驗儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種物理教學(xué)儀器，特別涉及一種能顯示振動現(xiàn)象的物理教學(xué)儀器，尤其是適用于中學(xué)物理課堂演示的物理教學(xué)儀器。
背景技術(shù)：
在媒質(zhì)中聲音的傳播和聲音共鳴的中學(xué)物理教學(xué)中，一般使用音叉做演示。在講授聲音傳播時，是通過音叉的振動來演示。通常利用通草球或泡沫塑料球質(zhì)輕且易飄的性質(zhì)，將其接觸音叉，小球彈起，表明音叉在振動，即聲音在媒質(zhì)中傳播。但是，在演示該實驗時，實際上卻存在著如下問題第一，小球容易受空氣流動(空氣阻力)的影響；第二，通草球表面相對較軟，接觸音叉時發(fā)生“軟碰撞”，亦會影響彈起效果，所以小球彈起的振幅不大，微乎其微，不易被學(xué)生觀察到。
在講授聲音共鳴時，方法一，用兩個音叉，敲擊其中一個音叉，聽另一個音叉的聲音，由于另一個音叉的共鳴聲過小，學(xué)生幾乎聽不到共鳴聲；方法二，仍然用通草球或泡沫塑料球接觸另一個音叉，小球彈起，表明音叉產(chǎn)生共鳴。但是，由于上述兩個問題的存在，小球彈起的振幅不大，微乎其微，所以學(xué)生仍然感受不到發(fā)生共鳴這種物理現(xiàn)象，那么，更不易被教室中的每一個同學(xué)觀察到。
基于上述原因，這種實驗方式其實驗效果不明顯，學(xué)生有時甚至觀測不到實驗現(xiàn)象，因而幾乎無助于教師對所授知識、實驗內(nèi)容的講解，從而影響教學(xué)效果。
盡管有的教師提出用擴(kuò)音機(jī)來解決這個問題，但又增加了其它的一些麻煩；此外，還有的教師通過使用CAI課件演示的方式進(jìn)行講授，而這樣將在一定程度上影響學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象的直觀性和學(xué)習(xí)的積極性，不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的興趣。
技術(shù)方案為了克服現(xiàn)有的在中學(xué)物理課堂教學(xué)中演示音叉振動及共振現(xiàn)象存在的上述問題，本實用新型的目的是提供一種成本較低，且便于搬移、易于在課堂教學(xué)中演示的、可以使不同方位上的學(xué)生都能清晰地觀察到實驗現(xiàn)象的音叉共振實驗儀。
本實用新型解決其實際問題所采用的設(shè)計方案是它包括激光筆、光屏、分光板、反射鏡、貼有反射鏡的音叉、共鳴箱、底板；貼有反射鏡的音叉安裝在共鳴箱上，激光筆安裝在底板的右側(cè)；其余依光束的透射、反射關(guān)系安裝在底板的相應(yīng)位置激光光束首先照射在反射鏡(9)上，并被反射至反射鏡(7)上，經(jīng)反射鏡(7)反射到分光板(11)上；經(jīng)分光板(11)反射光射到光屏(3)上，而透射光至分光板(12)上；光束將再次被透射、反射，其中透射光線射到光屏(2)上，而反射光線經(jīng)反射鏡(10)反射后，使光線反射至分光板(13)上；光線將又一次分為反射光線和透射光線，其中反射光線射到光屏(3)上，而透射光線射入反射鏡(8)，經(jīng)反射鏡(8)反射到光屏(2)上。
本實用新型的激光筆、光屏、分光板、反射鏡是通過可調(diào)節(jié)的光學(xué)元件支架安裝在底板上。
本實用新型的激光筆是通過可調(diào)節(jié)裝置安裝在可調(diào)節(jié)的光學(xué)元件支架上，可調(diào)節(jié)裝置由激光筆套管、激光筆開關(guān)調(diào)節(jié)螺絲、激光筆仰角調(diào)節(jié)螺絲構(gòu)成；用墊圈將激光筆安裝在激光筆套管內(nèi)；在激光筆套管下方和側(cè)面分別安裝激光筆仰角調(diào)節(jié)螺絲、激光筆開關(guān)調(diào)節(jié)螺絲。
本實用新型的光屏、分光板、反射鏡是通過光學(xué)元件框夾安裝在可調(diào)節(jié)的光學(xué)元件支架上。
本實用新型音叉上的反射鏡(9)、(10)是用相同材質(zhì)制成的反射鏡。
本實用新型的有益效果是該共振實驗儀成本較低，易于搬移。因此，該實驗儀可以很方便地帶入教室，用于普通課堂教學(xué)演示。與目前常用的演示音叉振動及共振現(xiàn)象的方法相比較，該儀器運用了光學(xué)方法演示聲學(xué)實驗，它的實驗效果形象、生動，更有助于學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，理解物理概念。并且該儀器使用了兩個可以調(diào)節(jié)角度的光屏，可以方便地將實驗現(xiàn)象展現(xiàn)給坐在教室內(nèi)不同方位上的更多的學(xué)生，使教室中的所有學(xué)生能直接地觀察到清晰的實驗現(xiàn)象，有助于教師通過對實驗現(xiàn)象的分析來講解聲學(xué)知識，提高教學(xué)效果。由于該儀器中的激光筆是安裝在可調(diào)節(jié)裝置上，各個光學(xué)元件都被安裝在可調(diào)節(jié)的光學(xué)元件框夾上；它們又是通過可調(diào)節(jié)的光學(xué)元件支架安裝在底板上，從而有利于教師在課前對實驗儀進(jìn)行調(diào)試，以便達(dá)到最佳的實驗效果。


圖1是本實用新型的光學(xué)元件框夾安裝在光學(xué)元件支架上的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型的激光筆可調(diào)節(jié)裝置安裝在光學(xué)元件支架上的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3a是本實用新型的光路圖。
圖3b是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖中1.激光筆，2.光屏，3.光屏，4.底板，5.共鳴箱，6.共鳴箱，7.反射鏡，8.反射鏡，9.貼于音叉叉枝上的反射鏡，10.貼于音叉叉枝上的反射鏡，11.分光板，12.分光板，13.分光板，14.音叉，15.音叉，16.支撐螺絲，17.激光筆套管18.激光筆仰角調(diào)節(jié)螺絲，19.激光筆仰角調(diào)節(jié)螺絲，20.墊圈，21.墊圈，22.激光筆開關(guān)調(diào)節(jié)螺絲，23.手柄，24.手柄，25.支柱，26.高低調(diào)節(jié)螺旋，27.底座，28.光學(xué)元件框夾，29.仰角調(diào)節(jié)螺絲，30.彈性物。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1、2所示，光學(xué)元件支架是由支柱(25)、高低調(diào)節(jié)螺旋(26)、底座(27)構(gòu)成，支柱(25)安裝在底座(27)上，在底座(27)上安裝一個高低調(diào)節(jié)螺旋(26)。這樣，若放松這個螺旋，支柱(25)能在360°角的范圍內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，還能方便使用者對支架的高低進(jìn)行調(diào)試?？紤]到儀器的美觀性，支柱(25)的材質(zhì)選用有機(jī)玻璃。
如圖1，光學(xué)元件框夾(28)是由鐵板制成的槽狀物，在它的一側(cè)安裝三個仰角調(diào)節(jié)螺絲(29)，既可以起到調(diào)節(jié)各個光學(xué)元件仰角的作用，還可以將各個光學(xué)元件固定在光學(xué)元件框夾(28)上，并在光學(xué)元件與光學(xué)元件框夾(28)之間墊上一層彈性物(30)，彈性物(30)可以是橡膠墊或硬紙片，從而方便使用者對實驗儀進(jìn)行調(diào)試。光學(xué)元件如光屏(2、3)、分光板(11-13)、反射鏡(7、8)通過框夾(28)安裝在光學(xué)元件支架的支柱(25)上。
如圖2，激光筆可調(diào)節(jié)裝置是由激光筆套管(17)、激光筆仰角調(diào)節(jié)螺絲(18、19)、墊圈(20、21)，激光筆開關(guān)調(diào)節(jié)螺絲(22)構(gòu)成。用墊圈(20)和墊圈(21)將激光筆固定在激光筆套管(17)內(nèi)，在激光筆套管(17)側(cè)面安裝上一個激光筆開關(guān)調(diào)節(jié)螺絲(22)，通過開關(guān)調(diào)節(jié)螺絲對激光筆開關(guān)的擠壓，達(dá)到方便使用者控制激光筆開關(guān)的目的。在激光筆套管(17)的下方靠近前端和后端處分別安裝激光筆仰角調(diào)節(jié)螺絲(18)和激光筆仰角調(diào)節(jié)螺絲(19)，目的是方便使用者對激光筆的仰角進(jìn)行調(diào)節(jié)。激光筆通過這個可調(diào)節(jié)裝置安裝在可調(diào)節(jié)的光學(xué)元件支架的支柱(25)上。
如圖3b所示，音叉(14、15)的叉枝上分別粘貼相同材質(zhì)的反射鏡(9、10)，音叉(14、15)分別安裝在共鳴箱(5、6)上。7個裝有相應(yīng)光學(xué)元件的支架和2個裝有音叉的共鳴箱，依照光束的透射、反射關(guān)系所形成的光路如圖3a所示，分別安裝在底板(4)的相應(yīng)位置(圖3b所示)激光筆(1)安裝在底板(4)的右側(cè)，激光光束首先照射到反射鏡(9)，并被反射至反射鏡(7)上，經(jīng)反射鏡(7)反射到分光板(11)上，經(jīng)分光板(11)反射光射到光屏(3)上，即由音叉(14)上反射鏡(9)產(chǎn)生的光點，而透射光至分光板(12)上；光束將再次被透射、反射，其中透射光線射到光屏(2)上，即由音叉(14)上反射鏡(9)產(chǎn)生的光點，而反射光線經(jīng)反射鏡(10)反射后，使光線反射至分光板(13)上；光線將又一次分為反射光線和透射光線，其中反射光線射到光屏(3)上，即由音叉(15)上反射鏡(10)產(chǎn)生的光點，而透射光線射入反射鏡(8)，經(jīng)反射鏡(8)反射到光屏(2)上，即由音叉(15)上反射鏡(10)產(chǎn)生的光點。在底板(4)的四個角分別安裝四個支撐螺絲(16)。同時，為了便于使用者對共振實驗儀的搬移，在底板(4)上焊接上手柄(23)和手柄(24)。
激光筆采用體積小、輸出功率為1mW的紅寶石激光器(本文中稱為激光筆)為光源。旋轉(zhuǎn)激光筆開關(guān)調(diào)節(jié)螺絲(22)打開激光筆(1)，調(diào)整激光筆、光學(xué)元件框夾的仰角調(diào)節(jié)螺絲，使激光光束照射到貼于音叉(14)叉枝的反射鏡(9)上，經(jīng)過反射鏡，分光板等光學(xué)元件的反射和透射后，光屏上產(chǎn)生靠下的光點，靠下的光點是貼于音叉(14)叉枝的反射鏡(9)產(chǎn)生的；靠上的光點是貼于音叉(15)叉枝的反射鏡(10)產(chǎn)生的光點(此過程教師也可在課前調(diào)試完成)。
教師在講授媒質(zhì)中聲音的傳播時，需演示音叉振動的實驗，可事先將產(chǎn)生靠上光點的音叉(15)叉枝上的反射鏡(10)遮住(使光屏上只出現(xiàn)音叉(14)上反射鏡(9)所產(chǎn)生的靠下光點)，敲擊音叉(14)，由于音叉的振動，使得音叉(14)上反射鏡(9)產(chǎn)生的光點(靠下的光點)在光屏上產(chǎn)生跳動，從而可以證明音叉(14)在振動。
教師在講授聲音共鳴時，需演示音叉共鳴的實驗，教師可事先說明用靠上的光點來演示共振現(xiàn)象。操作時，可事先將產(chǎn)生靠上那對光點的音叉(15)上的反射鏡(10)遮住(使光屏上只出現(xiàn)靠下的光點)，然后敲擊另一個音叉(14)，由于共振作用，使得產(chǎn)生靠上那對光點的音叉(15)產(chǎn)生振動，教師可用一個橡皮圈套住剛才受敲擊的音叉(14)，然后拿掉另一個音叉(15)上反射鏡(10)上的遮蔽物，這時光屏上靠上的光點將會產(chǎn)生跳動，而起振音叉(14)由于被套上了一個橡皮圈從而停止了振動，因此靠下的光點停止了跳動，從而可以證明音叉(15)的振動，是由于敲擊音叉(14)聲音共鳴所致，由此演示了音叉的共振現(xiàn)象。
權(quán)利要求1.一種激光筆為光源的音叉共振實驗儀，其特征是它包括激光筆、光屏、分光板、反射鏡、貼有反射鏡的音叉、共鳴箱、底板；貼有反射鏡的音叉安裝在共鳴箱上，激光筆安裝在底板的右側(cè)；其余依光束的透射、反射關(guān)系安裝在底板的相應(yīng)位置激光光束首先照射在反射鏡(9)上，并被反射至反射鏡(7)上，經(jīng)反射鏡(7)反射到分光板(11)上；經(jīng)分光板(11)反射光射到光屏(3)上，而透射光至分光板(12)上；光束將再次被透射、反射，其中透射光線射到光屏(2)上，而反射光線經(jīng)反射鏡(10)反射后，使光線反射至分光板(13)上；光線將又一次分為反射光線和透射光線，其中反射光線射到光屏(3)上，而透射光線射入反射鏡(8)，經(jīng)反射鏡(8)反射到光屏(2)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光筆為光源的音叉共振實驗儀，其特征是激光筆、光屏、分光板、反射鏡是通過可調(diào)節(jié)的光學(xué)元件支架安裝在底板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光筆為光源的音叉共振實驗儀，其特征是激光筆通過可調(diào)節(jié)裝置安裝在可調(diào)節(jié)的光學(xué)元件支架上，可調(diào)節(jié)裝置由激光筆套管、激光筆開關(guān)調(diào)節(jié)螺絲、激光筆仰角調(diào)節(jié)螺絲構(gòu)成；用墊圈將激光筆安裝在激光筆套管內(nèi)；在激光筆套管下方和側(cè)面分別安裝激光筆仰角調(diào)節(jié)螺絲、激光筆開關(guān)調(diào)節(jié)螺絲。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光筆為光源的音叉共振實驗儀，其特征是光屏、分光板、反射鏡是通過光學(xué)元件框夾安裝在可調(diào)節(jié)的光學(xué)元件支架上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光筆為光源的音叉共振實驗儀，其特征是音叉上的反射鏡(9)、(10)是用相同材質(zhì)制成的反射鏡。
專利摘要本實用新型公開了激光筆作光源的音叉共振實驗儀，解決了實驗現(xiàn)象不明顯，學(xué)生不易觀察到等問題。方案包括激光筆、光屏、分光板、反射鏡、貼有反射鏡的音叉、共鳴箱、底板；貼有反射鏡的音叉安裝在共鳴箱上；它們依光束的透、反射關(guān)系安在底板上激光筆安裝在右側(cè)，光束先照在反射鏡(9)上，并被反射至反射鏡(7)上，經(jīng)它反射到分光板(11)上；經(jīng)分光板(11)反射光射到光屏(3)上，而透射光至分光板(12)上；透射光射到光屏(2)上，而反射光經(jīng)反射鏡(10)反射后，至分光板(13)上；反射光又射到光屏(3)上，而透射光射入反射鏡(8)，經(jīng)反射鏡(8)又反射到光屏(2)上。它結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，可方便帶入教室，使所有同學(xué)都能觀察到效果明顯、形象、生動的實驗。
文檔編號G09B23/00GK2828976SQ20052002668
公開日2006年10月18日 申請日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者李雅峰, 張冠軍 申請人:天津師范大學(xué)