“旋光實(shí)驗(yàn)演示裝置”的原理和制作

郝杰

(南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,南京 210048)

“旋光實(shí)驗(yàn)演示裝置”的原理和制作

郝杰

(南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,南京 210048)

利用半透反射平面鏡的分光作用改進(jìn)旋光實(shí)驗(yàn)儀,實(shí)現(xiàn)用數(shù)字和視頻圖像展示旋光實(shí)驗(yàn)過(guò)程的三分視場(chǎng)調(diào)節(jié)。

旋光儀;三分視場(chǎng);零視場(chǎng)

筆者在傳統(tǒng)旋光儀的基礎(chǔ)上做了些改進(jìn),用CCD、視頻顯示器、光電池、微電流測(cè)量?jī)x和一塊半透反射平面鏡組成“旋光實(shí)驗(yàn)演示裝置”,通過(guò)影像和數(shù)字的顯示,把原來(lái)無(wú)法展示的僅靠教師口述和學(xué)生想象的旋光儀三分視場(chǎng)清晰的顯示在同學(xué)們面前,讓學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)到什么是零視場(chǎng)、為什么又要選擇零視場(chǎng)作為參考視場(chǎng)等,達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。這項(xiàng)改革申報(bào)了國(guó)家實(shí)用新型發(fā)明專(zhuān)利,并已取得授權(quán)[1]。

1 旋光實(shí)驗(yàn)演示裝置的原理

采用旋光儀測(cè)定旋光性溶液的旋光率和濃度,這在化工行業(yè)中是一項(xiàng)常規(guī)測(cè)量,結(jié)合專(zhuān)業(yè)教學(xué)需要在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開(kāi)設(shè)了“用旋光儀測(cè)定旋光性溶液的旋光率和濃度”實(shí)驗(yàn)。

旋光實(shí)驗(yàn)演示裝置之所以能用數(shù)字和視頻圖像把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展示出來(lái),主要是在傳統(tǒng)旋光實(shí)驗(yàn)儀上加了一個(gè)分光系統(tǒng),一個(gè)影像系統(tǒng)和一個(gè)光電系統(tǒng)。

1.1 分光系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的旋光實(shí)驗(yàn)儀的刻度盤(pán)與望遠(yuǎn)鏡之間加一塊半透反射平面鏡,目的是把經(jīng)過(guò)檢偏的光束分成相互垂直的兩束,其中透射半透反射平面鏡的那一路是仍按原來(lái)的方向繼續(xù)傳播。

1.2 影像系統(tǒng)和光電系統(tǒng)

用CCD替代傳統(tǒng)的旋光實(shí)驗(yàn)儀的望遠(yuǎn)鏡,并把CCD采集到的信號(hào)傳送給視頻顯示器,呈現(xiàn)出三分視場(chǎng)的圖像。用光電池把由半透反射平面鏡分出來(lái)的垂直于傳統(tǒng)旋光實(shí)驗(yàn)儀主光軸的光線轉(zhuǎn)變成電信號(hào),并傳輸給微電流測(cè)量?jī)x,用數(shù)字顯示視場(chǎng)的明暗度。

2 演示裝置的結(jié)構(gòu)、制作方式和特征

2.1 演示裝置結(jié)構(gòu)

圖1為旋光實(shí)驗(yàn)演示裝置工作示意圖。

圖1 旋光實(shí)驗(yàn)演示裝置工作示意圖

圖2為旋光實(shí)驗(yàn)演示裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 旋光實(shí)驗(yàn)演示裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 演示裝置的具體實(shí)施方式

在圖1中,測(cè)試管(3)和檢偏片(4)軸心相對(duì),檢偏片(4)和度盤(pán)及游標(biāo)(5)相連。從測(cè)試管(3)透射出的光線,經(jīng)過(guò)檢偏片(4)檢偏后,光線被半透反射平面鏡(2)分成兩束光,一束是被半透反射平面鏡(2)鏡面反射的反射光,反射光光束直接照射在凸透鏡(7)上,再經(jīng)凸透鏡(7)匯集到光電池及暗盒(6)中的光電池上。另一束是透射過(guò)半透反射平面鏡(2)的透射光,透射光光束由CCD視頻攝像鏡頭組(8)的采集。

在圖2中,傳統(tǒng)旋光儀(14)的度盤(pán)及游標(biāo)(5)上加接分光倉(cāng)(1),CCD視頻攝像鏡頭組(8)再安接在分光倉(cāng)(1)上,視頻攝像鏡頭組(8)采集到的信號(hào),再由視頻輸送線(13)傳輸給視頻監(jiān)視器(12),轉(zhuǎn)換成視頻圖像。光電池及暗盒(6)安裝在分光倉(cāng)(1)的側(cè)面,其中的光電池與微電流測(cè)量?jī)x(9)之間用同軸屏蔽輸電線(10、11)相連接,組成微電流回路,其中微小的電流值由微電流測(cè)量?jī)x(9)讀取,調(diào)得零視場(chǎng)時(shí)微電流測(cè)量?jī)x(9)的顯示數(shù)值為極小值,記錄此時(shí)度盤(pán)及游標(biāo)(5)的角位置數(shù)值。

2.3 演示裝置特點(diǎn)

一是用大幅面的視頻動(dòng)態(tài)圖像演示三分視場(chǎng)的調(diào)節(jié)過(guò)程,不僅是可見(jiàn)度高,并且也有利于直觀具體的介紹、比較和分析調(diào)節(jié)時(shí)所需要注意的事項(xiàng);二是用圖、量(光電流的極小值)相結(jié)合的方法,能動(dòng)態(tài)、直觀、定量、準(zhǔn)確地演示旋光實(shí)驗(yàn)中零視場(chǎng)的確定。三是用在零視場(chǎng)區(qū)間里光電流極小值的狹小取值范圍,從另一個(gè)角度有效地幫助學(xué)生理解在理論上為什么要選擇零視場(chǎng)作為參考視場(chǎng)合理性。

3 演示裝置使用

加接在CCD視頻攝像鏡頭組與傳統(tǒng)旋光的度盤(pán)及游標(biāo)之間的分光倉(cāng)里,固定安置著半透反射平面鏡、凸透鏡、光電池及暗盒,凸透鏡的主光軸與旋光實(shí)驗(yàn)儀的光軸成900°,半透反射平面鏡的鏡面與傳統(tǒng)旋光實(shí)驗(yàn)儀的光軸成450°、與凸透鏡的主光軸成450°,凸透鏡覆蓋于安裝在分光倉(cāng)側(cè)壁上的光電池及暗盒上,盡量是透過(guò)凸透鏡的光束集中照射在光電池上,光電池與微電流測(cè)量?jī)x之間須用同軸屏蔽輸電線連接,取代傳統(tǒng)旋光儀上望遠(yuǎn)鏡的CCD視頻攝像鏡頭組與視頻顯示器之間須用視頻輸送線連接。這樣就可以演示三分視場(chǎng)的調(diào)節(jié)過(guò)程,得到大幅面的視頻動(dòng)態(tài)圖像,直觀具體的介紹、分析、對(duì)比調(diào)節(jié)中的注意事項(xiàng),用圖、量(光電流的極小值)相結(jié)合的方法,準(zhǔn)確地確定零視場(chǎng)和零視場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的角位置。

4 結(jié) 論

旋光實(shí)驗(yàn)演示裝置并沒(méi)有用高、新、尖等技術(shù),只是用一面半透反射平面鏡和一些實(shí)驗(yàn)室中的常用設(shè)備,就使學(xué)生能清晰地觀察到以往老師講課時(shí)在黑板畫(huà)、引導(dǎo)學(xué)生想象的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這面半透反射平面鏡不只是把一束光分成兩束光,也激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)興趣,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

[1] 葛宇宏,郝杰.旋光實(shí)驗(yàn)演示裝置.實(shí)用新型專(zhuān)利授權(quán)號(hào):ZL 2008 2 0036440.2,2009.

The Principle and Production of“Demonstration Device of Polarimetry Expeimen t”

HAO Jie

(Nanjing College of Chemical Technology,Nanjing 210048)

The rotation experimental apparatus is imp roved by spectral role in the transflective p lane mirro r,to realize one-third of field regulation of image disp lay w ith digital and video rotation experiment.

polarimeter;one-third of field;zero field

G 642.423

A

1007-2934(2010)01-0054-03

2009-09-09