учебный прибор для демонстрации волновой оптики

Формула изобретения

1. Учебный прибор по волновой оптике, содержащий основание, закрепленный на основании штатив с держателем, набор оптических элементов, источник света и светофильтр, отличающийся тем, что прибор снабжен закрепленным на стержне штатива вертикальным рабочим полем из ферромагнитного материала для установки на нем оптических элементов посредством L-образных держателей с магнитами, крестообразных муфт и пальцев, и дополнительным передвижным штативом, включающим основание с магнитами и крестообразную муфту для установки линзы и поляроида в оправах с ферромагнитным плоским кольцом на прямоугольных держателях, при этом основание прибора выполнено в виде оптического столика из ферромагнитного материала с круглым отверстием для прохождения света от источника, над которым установлена щелевая диафрагма с резиновыми опорами, набор оптических элементов включает элемент для получения колец Ньютона, малый экран с прорезью и магнитным основанием, кювету, лимб и образец из прозрачного полимерного материала с двумя хвостовиками, стеклянной пластиной и плоским зеркалом с ферромагнитными полосками, каждый из которых закреплен в центральном отверстии соответствующей шайбы, одна из сторон которой снабжена ферромагнитным плоским кольцом, взаимодействующим с магнитными полосками стоек L-образных держателей.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что оправа для установки оптических элементов на дополнительном штативе включает прямоугольный держатель с центральным отверстием и круглыми магнитными вкладышами в зоне отверстия, ферромагнитное плоское кольцо и торцевой хвостовик, взаимодействующий с крестообразными муфтами.

3. Прибор по п.1, отличающийся тем, что ножки оптического столика выполнены из материала с высоким коэффициентом трения.

4. Прибор по п.1, отличающийся тем, что стержень штатива закреплен в основании с помощью резьбовой втулки в зоне отверстия для прохождения света от источника.

5. Прибор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве источника света использован лазер или графический проектор.

6. Прибор по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в рабочем поле выполнены нижнее и верхнее центральные отверстия, в которые устанавливаются пальцы для крепления стержня штатива и крестообразной муфты.

7. Прибор по п.1, отличающийся тем, что магнитные полоски на разных сторонах стенок стойки L-образного держателя закреплены во взаимно перпендикулярных плоскостях.

8. Прибор по п.1, отличающийся тем, что оптический элемент, выполненный в виде призмы, закреплен на цилиндрической подставке, основание которой снабжено магнитами, а высота подставки выбирается так, что призма расположена на уровне центра стойки L-образного держателя.

9. Прибор по п.1, отличающийся тем, что лазер установлен на цилиндрической подставке, основание которой снабжено ферромагнитной плоской шайбой, а лазер снабжен индивидуальным блоком питания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к учебным лабораторным приборам для демонстрации оптических явлений в курсе физики по теме “Световые волны”, в частности для изучения законов дисперсии, интерференции и дифракции в общеобразовательной школе, профессионально - технических училищах, техникумах и других учебных заведениях, а также для проведения исследований различных материалов на их оптическую активность.

Известно “Устройство для демонстрации явлений оптики” по свидетельству на полезную модель № 4179, кл. G 09 В 23/22, 1995, в котором содержатся экран, лазер с автономным питанием, закрепленный перед ним в держателе преобразующий оптический элемент, рабочий оптический элемент, при этом все оптические элементы выполнены съемными и фиксируются посредством магнитов, а все устройство размещено в чемодане, крышка и дно которого обладают магнитными свойствами, а крышка служит экраном. Однако такое выполнение устройства не обеспечивает всего комплекса лабораторных работ по курсу волновой оптики, а кроме того, устройство не удобно в работе при составлении схемы проведения опыта и не обеспечивает наглядности обзора проводимых опытов.

Известно “Учебно-наглядное пособие L-микро для изучения оптических явлений”, которое содержит установочный столик, на котором размещены экран, источник света, светофильтр, набор оптических элементов, закрепленных на подставках с магнитными полосками на основании. Однако данное учебное пособие не обеспечивает проведение демонстративных экспериментов в объеме школьной программы по волновой оптике.

Наиболее близким техническим решением является “Учебный прибор по оптике” по патенту № 2077073, кл. G 09 В 23/22, 1995, который содержит основание с закрепленным на нем источником света, штатив в виде стержня с держателем, набор оптических элементов, лазер, светофильтр в оправе, шкалу. Однако такой прибор не обеспечивает выполнение всего комплекса демонстрационных экспериментов по волновой оптике курса физики. Кроме того, он громоздкий из - за массивного основания и не удобен в эксплуатации, так как не обеспечивает хорошей обзорности при проведении опытов.

Технической задачей настоящего изобретения является создание такого прибора, который позволял бы проводить весь комплекс демонстрационных экспериментов по волновой оптике учебного процесса по физике, был бы удобным в эксплуатации и надежным в работе, создавал хорошую обзорность проводимых работ для всех учащихся в классе с любого положения учащегося по отношению к прибору.

Поставленная цель достигается тем, что в учебном приборе по волновой оптике, содержащем основание с закрепленными на нем штативом в виде стержня с держателем, источник света, набор закрепленных в держателе оптических элементов, лазер, светофильтр, основание выполнено в виде содержащего круговое отверстие оптического столика, снабженного ножками, выполненными из материала с высоким коэффициентом трения, и расположенной в зоне кругового отверстия резьбовой втулкой, в которой крепится стержень штатива, снабженного крестообразными муфтами, в которые посредством пальцев закреплено вертикальное рабочее поле, на котором посредством L-образных держателей устанавливаются оптические элементы, при этом основание и стороны стойки держателей снабжены магнитами, при этом прибор снабжен линзой и двумя поляроидами, каждый в своей оправе, снабженной с одной стороны феромагнитным плоским кольцом и устанавливаемой в прямоугольном держателе с центральным отверстием и круглыми магнитными вкладышами в зоне отверстия, и торцевым хвостовиком, взаимодействующим с крестообразными муфтами, оптическим элементом для получения колец Ньютона в оправе, жестко закрепленной в прямоугольном держателе с центральным отверстием, и торцевым хвостовиком, взаимодействующим с крестообразными муфтами, малым экраном с прорезью и магнитным основанием, кюветой, лимбом, образцом из прозрачного полимерного материала с двумя хвостовиками, стеклянной пластиной и плоским зеркалом с магнитными полосками, большой щелевой диафрагмой с резиновыми опорами, передвижным штативом со стержнем с крестообразными муфтами и основанием, снабженным магнитами, при этом каждый из оптических элементов закреплен в центральном отверстии соответствующей шайбы, одна из сторон которых снабжена феромагнитным плоским кольцом, взаимодействующим с магнитными полосками сторон стоек L-образных держателей, а оптический столик и рабочее поле выполнены из феромагнитного материала. В рабочем поле выполнены нижнее и верхнее центральное отверстие, в которое устанавливаются пальцы. Магнитные полоски на разных сторонах стоек L-образных держателей закреплены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Оптический элемент, выполненный в виде призмы, закреплен на цилиндрической подставке, основание которой снабжено магнитами, а высота подставки выбирается так, что призма расположена на уровне центра стойки L-образного держателя. Лазер установлен на цилиндрической подставке, основание которой снабжено феромагнитной плоской шайбой, а лазер снабжен индивидуальным блоком питания.

На фиг.1 изображен учебный прибор по волновой оптике, общий вид, на фиг.2 - L-образный держатель, вид спереди, на фиг.3 - тоже, вид сбоку, на фиг.4 - прямоугольный держатель, на фиг.5 - линза в оправе, на фиг.6 - стеклянная пластина, на фиг.7 - оптический элемент для получения колец Ньютона, на фиг.8 - образец из полимерного материала, на фиг.9 - плоское зеркало.

Учебный прибор по волновой оптике состоит из основания, выполненного в виде оптического столика 1, в котором выполнено круговое отверстие 2, а в его зоне закреплена резьбовая втулка 3. Оптический столик 1 снабжен ножками 4, выполненными из материала с высоким коэффициентом трения, что обеспечивает устойчивость оптического столика на школьном столе или лабораторном столе, а следовательно, обеспечивается надежность проведения опытов. В резьбовую втулку 3 крепится стержень 5 штатива с крестообразными муфтами 6, в которые крепится вертикальное рабочее поле 7, посредством пальцев 8 закрепленных с тыльной стороны рабочего поля 7 в нижнем и верхнем центральных отверстиях. Как оптический столик, так и рабочее поле выполнены из феромагнитного материала, т.е. металлическими. На рабочее поле 7, а при необходимости и на оптический столик устанавливаются L-образные держатели 9, основание 10 и стороны 11, 12 стойки 13 которых снабжены магнитными полосками 14, причем полоски 14 на разных сторонах 11, 12 стоек 13 разнесены по разным плоскостям. К сторонам 11, 12 стоек 13 крепятся оптические элементы 15, закрепленные в шайбах 16, одна из сторон которых снабжена феромагнитным плоским кольцом 17, а в результате взаимодействия феромагнитного плоского кольца 17 оптического элемента и магнитных полос 14 сторон стоек L-образных держателей оптические элементы надежно удерживаются на L-образных держателях 9, которые, в свою очередь, благодаря наличию на основании 10 магнитных полос 14, надежно закрепляются либо к оптическому столику 1, либо к рабочему полю 7. Учебный прибор снабжен линзой в оправе 18, одна из сторон этой оправы снабжена плоским феромагнитным плоским кольцом 19 для закрепления ее на прямоугольном держателе 20 с отверстием по центру и торцевым хвостовиком 21, посредством которого держатель 20 закрепляется в крестообразной муфте 6 стержня 5 штатива. В прямоугольном держателе 20 в зоне центрального отверстия установлены круглые магнитные вкладыши 22, на которых посредством колец 19 удерживаются оправа 18 линзы. В крестообразные муфты 6 вставляются хвостовики других прямоугольных держателей 20, на которых закреплена оправа поляроида 23. Оптический элемент для получения колец Ньютона 24 закреплен в оправе 25, снабженной отверстиями для постоянного закрепления ее посредством винтов в прямоугольном держателе 26, хвостовик 21 которого также закрепляется в крестообразных муфтах 6. На рабочее поле 7 устанавливаются малый экран 27 с прорезью 28 с магнитным основанием 29, призма 30, закрепленная на цилиндрической подставке 31, основание которой снабжено магнитной шайбой 32, лазер 33, также закрепленный на такой же цилиндрической подставке 31 с магнитной шайбой 32 на ее основании, и лимб 34. Причем лимб 34 подкладывается под основание L-образного держателя 9 или иного элемента прибора, тем самым производится фиксация лимба 34 и определяется угол поворота любого элемента прибора, установленного на лимб. К сторонам 11, 12 стоек 13 держателя 9 крепятся стеклянная пластина 35 с магнитной полосой, плоское зеркало 36 с магнитной полосой. На оптический столик 1 устанавливается кювета 37, большая щелевая диафрагма 38 с резиновыми опорами 39 и передвижной дополнительный штатив, состоящий из основания 40 с магнитными опорами для надежного закрепления его на оптическом столике 1. Передвижной штатив снабжен вертикальным стержнем 41 с крестообразными муфтами 6, в которые могут быть закреплены хвостовики 21 держателей 20. Прибор снабжен образцом 42 из полимерного материала с двумя хвостовиками 43, посредством которых при их сближении создается напряженное состояние в полимерном материале, которое используется для демонстрации применения поляризации света для визуализации распределения напряжения в образце.

Учебный прибор по волновой оптике работает следующим образом. Преподаватель для проведения демонстрационных экспериментов в соответствии с заданием подбирает необходимые элементы прибора, располагает их в определенной последовательности либо на рабочем поле 7, либо на оптическом столике 1, при этом как источник света может быть использован либо лазер, либо графический проектор, на который устанавливается прибор оптическим столиком. При использовании графического проектора (на чертеже не показан), который имеется в классе, свет от него проходит сквозь круглое отверстие в оптическом столике, а при необходимости получения определенного плоского пучка света круглое отверстие оптического столика закрывается большой щелевой диафрагмой 38, а благодаря резиновым опорам 39 она надежно устанавливается на оптическом столике 1.

Предложенный учебный прибор позволяет проводить весь спектр демонстрационных экспериментов по дисперсии света и установлении его волновой природы при изучении разложения естественного света и монохроматического света, изучить поглощение света в веществе, при этом используется кювета 37 и светофильтр, вращение плоскости поляризации света в растворе сахара и поляризации света при его отражении от диэлектрика. Предложенный прибор позволяет проводить опыты по интерференции света с различными оптическими элементами, а также дифракцию расходящегося и параллельного пучка света при различных условиях. Предложенный прибор прост по конструктивному выполнению, удобен в эксплуатации, а при выполнении демонстрационных экспериментов обеспечивается хорошая обзорность для всех учащихся класса тех оптических явлений, которые изучаются и демонстрируются преподавателем.