一種顯示光跡的微小形變演示儀的制作方法
【專利摘要】一種顯示光跡的微小形變演示儀，包括透明箱、可旋轉(zhuǎn)底座、彈性金屬板、帶鉤的拉線、鉤碼、小鏡片、激光筆、煙霧器、頂部反光鏡、底部反光鏡及半透明塑料屏幕等。該教具利用多級(jí)光放大原理、煙霧顯示光跡原理及視覺(jué)暫留原理，將彈性金屬板的微小形變進(jìn)行“放大”并用激光光跡顯示出來(lái)，實(shí)驗(yàn)原理和方法巧妙，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明顯，儀器性能安全可靠，體現(xiàn)了教具的科學(xué)性、教學(xué)性及趣味性。
【專利說(shuō)明】
一種顯示光跡的微小形變演示儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開了一種顯示光跡的微小形變演示儀，涉及一種將彈性金屬板的微小形變“放大”并用激光光跡顯示的實(shí)驗(yàn)儀器，屬于物理教具。
【背景技術(shù)】
[0002]在物理教學(xué)中，把微小放大以利于觀察是一種重要的方法。力的作用效果之一會(huì)使物體發(fā)生形變，但硬度越大的物體，其微小形變?cè)讲蝗菀妆挥X(jué)察。為了證實(shí)硬度再大的物體在力的作用下也是有發(fā)生形變，把微小形變“放大”到直接看出來(lái)，教師一般采用如下常規(guī)方法:在一張桌子上放兩面平面鏡，讓一束激光依次被這兩面平面鏡反射，最后射到一個(gè)離平面鏡較遠(yuǎn)的刻度尺上并形成一個(gè)光點(diǎn)。當(dāng)用力向下壓桌面時(shí)，桌面會(huì)發(fā)生微小的形變，這時(shí)光點(diǎn)會(huì)在刻度尺上出現(xiàn)明顯的移動(dòng)。該常規(guī)實(shí)驗(yàn)方案存在許多不足:(I)為了讓微小形變有明顯的“放大”，需讓刻度尺到平面鏡的距離較遠(yuǎn)，教師往往把刻度尺放到離講臺(tái)較遠(yuǎn)的教室后墻上；(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象只看到一個(gè)光點(diǎn)的移動(dòng)，不能看到激光在傳播過(guò)程中整條激光光線的偏移；(3)激光需射到遠(yuǎn)處的刻度尺上，容易誤傷到學(xué)生的眼睛，不夠安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述不足，可利用多級(jí)光放大原理、煙霧顯示光跡原理及視覺(jué)暫留原理，設(shè)計(jì)一種將彈性金屬板的微小形變“放大”并用激光光跡顯示的實(shí)驗(yàn)儀器。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種顯示光跡的微小形變演示儀，包括透明箱、可旋轉(zhuǎn)底座、彈性金屬板、帶鉤的拉線、鉤碼、小鏡片、激光筆、煙霧器、頂部反光鏡、底部反光鏡及半透明塑料屏幕等，其具體特征是:透明箱具體包括透明箱本體、伸手操作用橢圓孔、黑紙、金屬板卡口及激光筆卡口等;所述伸手操作用橢圓孔設(shè)在左側(cè)下半位置，方便對(duì)透明箱內(nèi)的器件進(jìn)行操作，如將透明箱內(nèi)的鉤碼掛到帶鉤的拉線上等;所述黑紙粘貼在透明箱后側(cè)面內(nèi)壁作為黑色背景，讓激光光線光跡顯示更加清晰?？尚D(zhuǎn)底座裝在透明箱底部，可以用來(lái)旋轉(zhuǎn)透明箱，方便調(diào)整觀察角度。彈性金屬板包括金屬板本體及金屬板底座，金屬板本體通過(guò)金屬板底座卡在透明箱左側(cè)壁的金屬板卡口中，彈性金屬板成水平狀態(tài)且右端懸空。帶鉤的拉線系在彈性金屬板的右端。鉤碼的質(zhì)量為100克，可鉤在帶鉤的拉線上。小鏡片粘貼在彈性金屬板的右上端，可隨彈性金屬板微小的彎曲形變而有微小的偏移。激光筆包括激光筆本體和激光筆底座，激光筆本體通過(guò)激光筆底座卡在透明箱頂部的激光筆卡口中，可自由調(diào)整激光筆本體的角度，讓其發(fā)出的激光光線可射到小鏡片上并被反射到頂部反光鏡上。煙霧器具體包括煙盒、煙餅及煙，煙盒內(nèi)裝有煙餅，點(diǎn)燃后可以產(chǎn)生少量的煙，可以顯現(xiàn)激光光線的光跡。頂部反光鏡和底部反光鏡分別粘貼在透明箱的頂部和底部，激光光線可在頂部反光鏡和底部反光鏡之間來(lái)回多次反射。半透明塑料屏幕貼在透明箱的頂部右側(cè)位置，具體包括屏幕本體和坐標(biāo)刻度。
[0004]本發(fā)明的原理具體說(shuō)明如下:實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓激光筆發(fā)出的一束激光射到粘貼在彈性金屬板上的小鏡片上并被反射到頂部反光鏡上，接著在頂部反光鏡和底部反光鏡之間來(lái)回多次反射后最終射到半透明塑料屏幕上，其激光光線的光跡可在煙霧器產(chǎn)生的煙中顯現(xiàn)出來(lái)，在透明箱中可看到一條入射光線和多條反射光線。當(dāng)彈性金屬板掛上鉤碼后會(huì)發(fā)生微小的彎曲形變并讓小鏡片發(fā)生微小的偏移，此時(shí)激光經(jīng)小鏡片反射后的反射光線會(huì)向右偏移，接著在頂部反光鏡和底部反光鏡之間來(lái)回反射次數(shù)越多，反射光線向右偏移越明顯，同時(shí)半透明塑料屏幕上的激光亮點(diǎn)也向右偏移明顯。當(dāng)用手快速反復(fù)拉彈性金屬板時(shí)，彈性金屬板在微小形變及恢復(fù)形變之間不停變換，此時(shí)反射光線會(huì)不停來(lái)回偏移，由于視覺(jué)暫留原理從而可看到多個(gè)“激光亮區(qū)”。
【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1是本發(fā)明整體的立體結(jié)構(gòu)圖；
[0006]圖2是圖1中透明箱等部分器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0007]圖3是圖1中彈性金屬板等部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖4是本發(fā)明掛鉤碼法的原理及動(dòng)態(tài)效果示意圖；
[0009]圖5是本發(fā)明反復(fù)手拉法的原理及動(dòng)態(tài)效果示意圖；
[0010]圖6是本發(fā)明的原理說(shuō)明流程圖；
[0011]圖7是本發(fā)明用掛鉤碼法時(shí)反射光線偏移的原理示意圖；
[0012]圖8是本發(fā)明用反復(fù)手拉法時(shí)反射光線偏移的原理示意圖；
[0013]圖9是本發(fā)明彈性金屬板未形變時(shí)的靜態(tài)效果示意圖；
[0014]圖10是本發(fā)明彈性金屬板發(fā)生形變后的靜態(tài)效果示意圖。
[0015]圖中:1.透明箱，具體涉及Ia.透明箱本體、Ib.伸手操作用橢圓孔、Ic.黑紙、Id.金屬板卡口及I e.激光筆卡口； 2.可旋轉(zhuǎn)底座；3.彈性金屬板，具體涉及3a.金屬板本體和3b.金屬板底座;4.帶鉤的拉線;5.鉤碼;6.小鏡片;7.激光筆，具體涉及7a.激光筆本體和7b.激光筆底座;8.煙霧器，具體涉及8a.煙盒、8b.煙餅及8c.煙；9.頂部反光鏡；10.底部反光鏡；
11.半透明塑料屏幕，具體涉及I Ia.屏幕本體和Ilb.坐標(biāo)刻度；12.激光光線光跡，具體涉及12a.入射光線、12b.形變前反射光線、12c.形變后反射光線、12d.形變前亮點(diǎn)、12e.形變后亮點(diǎn)及12f.“激光亮區(qū)” ；13.手;14.拉力方向；15.光線偏移方向。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]結(jié)合圖1、圖2和圖3，一種顯示光跡的微小形變演示儀，包括透明箱(I)、可旋轉(zhuǎn)底座(2)、彈性金屬板(3)、帶鉤的拉線(4)、鉤碼(5)、小鏡片(6)、激光筆(7)、煙霧器(8)、頂部反光鏡(9)、底部反光鏡(10)及半透明塑料屏幕(11)等，其具體特征是:透明箱(I)具體包括透明箱本體(Ia)、伸手(操作用橢圓孔(lb)、黑紙(Ic)、金屬板卡口(Id)及激光筆卡口(Ie)等;所述伸手(操作用橢圓孔(Ib)設(shè)在左側(cè)下半位置，方便對(duì)透明箱(I)內(nèi)的器件進(jìn)行操作，如將透明箱(I)內(nèi)的鉤碼(5)掛到帶鉤的拉線(4)上等;所述黑紙(Ic)粘貼在透明箱(I)后側(cè)面內(nèi)壁作為黑色背景，讓激光光線光跡(12)顯示更加清晰?？尚D(zhuǎn)底座(2)裝在透明箱(I)底部，可以用來(lái)旋轉(zhuǎn)透明箱(I)，方便調(diào)整觀察角度。彈性金屬板(3)包括金屬板本體(3a)及金屬板底座(3b)，金屬板本體(3a)通過(guò)金屬板底座(3b)卡在透明箱(I)左側(cè)壁的金屬板卡口(Id)中，彈性金屬板(3)成水平狀態(tài)且右端懸空。帶鉤的拉線(4)系在彈性金屬板(3)的右端。鉤碼(5)的質(zhì)量為100克，可鉤在帶鉤的拉線(4)上。小鏡片(6)粘貼在彈性金屬板(3)的右上端，可隨彈性金屬板(3)微小的彎曲形變而有微小的偏移。激光筆(7)包括激光筆本體(7a)和激光筆底座(7b)，激光筆本體(7a)通過(guò)激光筆底座(7b)卡在透明箱(I)頂部的激光筆卡口(Ie)中，可自由調(diào)整激光筆本體(7a)的角度，讓其發(fā)出的激光光線可射到小鏡片(6)上并被反射到頂部反光鏡(9)上。煙霧器(8)具體包括煙盒(8a)、煙餅(Sb)及煙(Sc)，煙盒(Sa)內(nèi)裝有煙餅(Sb)，點(diǎn)燃后可以產(chǎn)生少量的煙(Sc)，可以顯現(xiàn)激光光線(12)的光跡。頂部反光鏡(9)和底部反光鏡(10)分別粘貼在透明箱(I)的頂部和底部，激光光線(12)可在頂部反光鏡(9)和底部反光鏡(10)之間來(lái)回多次反射。半透明塑料屏幕(11)貼在透明箱(I)的頂部右側(cè)位置，具體包括屏幕本體(I Ia)和坐標(biāo)刻度(lib)。
[0018]結(jié)合圖4、圖5和圖6，本發(fā)明的原理具體說(shuō)明如下:實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓激光筆(7)發(fā)出的一束激光射到粘貼在彈性金屬板(3)上的小鏡片(6)上并被反射到頂部反光鏡(9)上，接著在頂部反光鏡(9)和底部反光鏡(10)之間來(lái)回多次反射后最終射到半透明塑料屏幕(11)上，其激光光線(12)的光跡可在煙霧器(8)產(chǎn)生的煙(Sc)中顯現(xiàn)出來(lái)，在透明箱(I)中可看到一條入射光線(12a)和多條反射光線(12b)。當(dāng)彈性金屬板(3)掛上鉤碼(5)后會(huì)發(fā)生微小的彎曲形變并讓小鏡片(6)發(fā)生微小的偏移，此時(shí)激光經(jīng)小鏡片(6)反射后的反射光線(12b、12c)會(huì)向右偏移(15)，接著在頂部反光鏡(9)和底部反光鏡(10)之間來(lái)回反射次數(shù)越多，反射光線(12b、12c)向右偏移(15)越明顯，同時(shí)半透明塑料屏幕(11)上的激光亮點(diǎn)(12d、12e)也向右偏移(15)明顯，具體效果見(jiàn)圖4。當(dāng)用手(13)快速反復(fù)拉彈性金屬板(3)時(shí)，彈性金屬板(3)在微小形變及恢復(fù)形變之間不停變換，此時(shí)反射光線(12b、12c)會(huì)不停來(lái)回偏移
(15)，由于視覺(jué)暫留原理從而可看到多個(gè)“激光亮區(qū)”(12f)，具體效果見(jiàn)圖5。
[0019]本發(fā)明的在使用過(guò)程中有掛鉤碼法和反復(fù)快速手拉法等兩種演示方法，具體介紹如下:
[0020](I)掛鉤碼法演示實(shí)驗(yàn)
[0021]結(jié)合圖4和圖7，實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)要求固定好各器件，點(diǎn)燃煙霧器(8)中的煙餅(Sb)發(fā)出少量煙(Sc)并擴(kuò)散到整個(gè)透明箱(I)，打開激光筆(7)讓其發(fā)出的激光光線可射到小鏡片
(6)上并被反射到頂部反光鏡(9)上，接著在頂部反光鏡(9)和底部反光鏡(10)之間來(lái)回多次反射后最終射到半透明塑料屏幕(11)上。此時(shí)，在透明箱(I)中可看到一條入射光線和多條反射光線。接著，通過(guò)透明箱(I)的伸手操作用橢圓孔(Ib)在彈性金屬板(3)右下端處帶鉤的掛線上掛上鉤碼(5)，彈性金屬板(3)會(huì)發(fā)生微小的彎曲形變并讓小鏡片(6)發(fā)生微小的偏移。此時(shí)，可以看到激光經(jīng)小鏡片(6)反射后的反射光線(12b、12c)會(huì)向右偏移(15)，接著在頂部反光鏡(9)和底部反光鏡(10)之間來(lái)回反射次數(shù)越多，反射光線(12b、12c)向右偏移(15)越明顯，最終射到半透明塑料屏幕(11)上的激光亮點(diǎn)(12d、12e)也有很明顯的偏移，具體效果見(jiàn)圖4、圖9和圖10。
[0022 ] (2)反復(fù)快速手拉法演示實(shí)驗(yàn)
[0023]結(jié)合圖5和圖8，實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)要求固定好各器件，點(diǎn)燃煙霧器(8)并打開激光筆
(7)。此時(shí)，在透明箱(I)中可看到一條入射光線(12a)和多條反射光線(12b)。接著，通過(guò)透明箱(I)的伸手(操作用橢圓孔(Ib)用手(13)用力向下拉彈性金屬板(3)右下端處帶鉤的拉線(4)，此時(shí)可以看到每條反射光線(12b、12c)都會(huì)向右偏移，最終射到半透明塑料屏幕(I I)上的激光光點(diǎn)(12d、12e)也有很明顯的向右偏移。再接著松手(I 3 )，此時(shí)可以看到每條反射光線又會(huì)向左偏移(15)回到原位置。當(dāng)用手(13)快速反復(fù)拉彈性金屬板(3)時(shí)，彈性金屬板(3)在微小形變及恢復(fù)形變之間不停變換，可看到反射光線(12b、12c)不停地來(lái)回偏移
(15)的動(dòng)態(tài)變化，由于視覺(jué)暫留原理從而可看到多個(gè)“激光亮區(qū)”(12f)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明顯，具體效果見(jiàn)圖5。
[0024]與常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法相比，該教具存在優(yōu)點(diǎn):(I)帶坐標(biāo)刻度的半透明塑料屏幕不用放到遠(yuǎn)處，只需放在透明箱頂部即可；(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不只看到一個(gè)光點(diǎn)的移動(dòng)，可看到多條激光光線的偏移及多個(gè)“激光亮區(qū)”，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明顯；(3)激光沒(méi)有射到儀器外面，只在透明箱內(nèi)來(lái)回反射，不會(huì)誤傷到學(xué)生的眼睛，安全可靠。
[0025]可見(jiàn)，本發(fā)明所述的一種顯示光跡的微小形變演示儀，利用多級(jí)光放大原理、煙霧顯示光跡原理及視覺(jué)暫留原理，將彈性金屬板的微小形變進(jìn)行“放大”并用激光光跡顯示出來(lái)，實(shí)驗(yàn)原理和方法巧妙，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明顯，儀器性能安全可靠，體現(xiàn)了教具的科學(xué)性、教學(xué)性及趣味性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種顯示光跡的微小形變演示儀，包括透明箱(I)、可旋轉(zhuǎn)底座(2)、彈性金屬板(3)、帶鉤的拉線(4)、鉤碼(5)、小鏡片(6)、激光筆(7)、煙霧器(8)、頂部反光鏡(9)、底部反光鏡(10)及半透明塑料屏幕(11)等。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明箱(I)，其特征是:透明箱(I)具體包括透明箱本體(Ia)、伸手(操作用橢圓孔(lb)、黑紙(lc)、金屬板卡口(Id)及激光筆卡口(Ie)等;所述伸手(操作用橢圓孔(Ib)設(shè)在左側(cè)下半位置，方便對(duì)透明箱(I)內(nèi)的器件進(jìn)行操作，如將透明箱(I)內(nèi)的鉤碼(5)掛到帶鉤的拉線(4)上等;所述黑紙(Ic)粘貼在透明箱(I)后側(cè)面內(nèi)壁作為黑色背景，讓激光光線光跡(12)顯示更加清晰。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可旋轉(zhuǎn)底座(2)，其特征是:可旋轉(zhuǎn)底座(2)裝在透明箱(I)底部，可以用來(lái)旋轉(zhuǎn)透明箱(I)，方便調(diào)整觀察角度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性金屬板(3)和小鏡片(6)，其特征是:彈性金屬板(3)包括金屬板本體(3a)及金屬板底座(3b)，金屬板本體(3a)通過(guò)金屬板底座(3b)卡在透明箱(I)左側(cè)壁的金屬板卡口(Id)中，彈性金屬板(3)成水平狀態(tài)且右端懸空。小鏡片(6)粘貼在彈性金屬板(3)的右上端，可隨彈性金屬板(3)微小的彎曲形變而有微小的偏移。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶鉤的拉線(4)和鉤碼(5)，其特征是:帶鉤的拉線(4)系在彈性金屬板(3)的右端。鉤碼(5)的質(zhì)量為100克，可鉤在帶鉤的拉線(4)上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光筆(7)和煙霧器(8)，其特征是:激光筆(7)包括激光筆本體(7a)和激光筆底座(7b)，激光筆本體(7a)通過(guò)激光筆底座(7b)卡在透明箱(I)頂部的激光筆卡口(Ie)中，可自由調(diào)整激光筆本體(7a)的角度，讓其發(fā)出的激光光線可射到小鏡片(6)上并被反射到頂部反光鏡(9)上。煙霧器(8)具體包括煙盒(8a)、煙餅(Sb)及煙(Sc)，煙盒(Sa)內(nèi)裝有煙餅(Sb)，點(diǎn)燃后可以產(chǎn)生少量的煙(Sc)，可以顯現(xiàn)激光光線(12)的光跡。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂部反光鏡(9)和底部反光鏡(10)，其特征是:頂部反光鏡(9)和底部反光鏡(10)分別粘貼在透明箱(I)的頂部和底部，激光光線(12)可在頂部反光鏡(9)和底部反光鏡(1)之間來(lái)回多次反射。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半透明塑料屏幕(11)，其特征是:半透明塑料屏幕(11)貼在透明箱(I)的頂部右側(cè)位置，具體包括屏幕本體(Ila)和坐標(biāo)刻度(lib)。
【文檔編號(hào)】G09B23/22GK106097856SQ201610677498
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月11日 公開號(hào)201610677498.4, CN 106097856 A, CN 106097856A, CN 201610677498, CN-A-106097856, CN106097856 A, CN106097856A, CN201610677498, CN201610677498.4
【發(fā)明人】尤愛(ài)惠, 陳顯盈, 上官金絲
【申請(qǐng)人】尤愛(ài)惠, 陳顯盈