自制立體光路顯示儀

左振軍+束偉萍+景景

摘 要：在光學實驗中，最重要的器材就是光源，但無論是點光源還是線光源，產(chǎn)生的光路效果都是在平面上顯示，均無法立體的顯示光路.如何克服這個難點，筆者嘗試自制了立體光路顯示儀，該儀器既能顯示平面光路又能顯示立體光路，在光學實驗中能清晰的呈現(xiàn)光學現(xiàn)象和規(guī)律.

關(guān)鍵詞：光路；顯示；自制

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，用成熟的科技產(chǎn)品逐步替代教具或應(yīng)用在自制教具中，已成為一種趨勢.在光學實驗中，最重要的器材就是光源，但無論是點光源還是線光源，產(chǎn)生的光路效果都是在平面上顯示，均無法立體的顯示光路.如何克服這個難點，筆者嘗試自制了立體光路顯示儀（如圖1所示），該儀器既能顯示平面光路又能顯示立體光路，在光學實驗中能清晰的呈現(xiàn)光學現(xiàn)象和規(guī)律.

1.選用材料：變壓器（AC220V轉(zhuǎn)DC5V、12V），9個5V綠色激光模組，鋁合金板、煙座，3只直流12V小風扇，透明有機玻璃板，焦距不同、直徑均為10cm的凸、凹透鏡，透鏡支架，連桿，轉(zhuǎn)向手柄，4個開關(guān)，4個鉸鏈，鐵絲網(wǎng)，金屬底座，膠水，導線、螺絲若干，插頭.

2.光源的固定

（1）截取長、寬均為14cm的鋁合金模板，作出以模板中央為圓心，半徑為3cm的圓，將圓平均分成8等份，并將其中9個綠色激光模組嵌入鉆好的孔中，并固定好.（如圖2）

（2）將1、5、9號綠色激光模組并聯(lián)，再將2、3、4、6、7、8號綠色激光模組并聯(lián)，接入電源，背面效果如圖3所示.

3.透明有機玻璃容器的制作

（1）分別截取三段長40cm，寬14cm的有機玻璃板，并將這三塊有機玻璃板按如圖4所示的上、前、后的方位，用膠水固定好.

（2）（如圖5）將正上方的有機玻璃板分割成A、B、C、D四塊，其中A玻璃板固定，A、B間的玻璃板用2個鉸鏈固定，使得B玻璃板可以向左翻折；B、C之間不連接；C、D間的玻璃板也用2個鉸鏈固定，使得C玻璃板可以向右翻折，D玻璃板固定.制作目的：將正上方的玻璃板切割成A、B、C、D四塊后，其中A、D固定，B、C自由翻折，既可以方便放、取蚊香類物體，也可以方便放、取透鏡等.

4.煙座：為使光路顯示更清晰，可將點燃的蚊香放入容器內(nèi)的鐵絲網(wǎng)上（如圖6）.

5.風扇的安裝

（1）在有機玻璃容器的左側(cè)放置2個風扇，工作時，容器內(nèi)點燃的蚊香所產(chǎn)生的煙霧，則會被快速的擴散到容器內(nèi)各個位置，并將多余的煙霧排除，使容器內(nèi)的煙霧始終處于適當?shù)臐舛龋ㄈ鐖D7）.

（2）在有機玻璃容器的右側(cè)放置1個風扇，工作時，可以給9個激光模組降溫（如圖8）.

（3）每個風扇都并聯(lián)，所需電壓均為12V.

6.開關(guān)的作用：1號開關(guān)控制總電路的通斷；2號開關(guān)控制3個并聯(lián)小風扇的通斷；3號開關(guān)控制豎直的1、5、9號綠色激光模組的通斷；4號開關(guān)控制2、3、4、6、7、8號綠色激光模組的通斷（如圖9）.

7.透鏡支架的制作

（1）用鋁合金板面制成長、寬各為12cm的正方形透鏡支架（如圖10），安放于容器內(nèi).

（2）透鏡支架穿過底部的長槽與儀器底座上固定的連桿相連（如圖11），只要旋轉(zhuǎn)圖12中的轉(zhuǎn)向手柄，即可自由調(diào)整透鏡在容器內(nèi)的位置.

8.底座的制作

（1）取一金屬片，彎折成長45cm，寬14cm，高35cm的金屬容器作為儀器的底座.

（2）在底座的側(cè)壁鉆出4個小孔，作為安裝開關(guān)的位置.

9.使用方法

（1）放入蚊香，打開1、2、3號開關(guān)，在豎直方向上發(fā)出三束綠色激光，可清晰顯示光的直線傳播，若在透鏡支架上放入直徑10cm的凸透鏡，則顯示凸透鏡對光作用的平面效果（如圖13）.

（2）若再打開4號開關(guān)，在容器內(nèi)可清晰呈現(xiàn)凸透鏡對光作用的立體效果（如圖14）.

參考文獻：

[1]蔡鐵權(quán)物理教學叢論.基礎(chǔ)教育課程改革視野下的中學物理教學[M]科學出版社，2006.endprint