учебный прибор для изучения квантовых явлений

Формула изобретения

Учебный прибор для изучения квантовых явлений, содержащий корпус с прямоугольными пазами на внутренней поверхности торцевых сторон и боковой стороне под крышку, во внутренней полости которого закреплен ложемент с размещенными в нем дифракционными решетками, светодиодом, выпрямитель, провода соединительные, отличающийся тем, что ложемент выполнен в виде прямоугольника со сквозными углублениями, два из которых выполнены прямоугольными, а один - Т-образным, и закреплен к торцевой и боковой сторонам корпуса, причем между свободным торцом ложемента и другой торцевой стороной корпуса размещен ложемент с глухим прямоугольным углублением, выполненный из ударосберегающего материала, при этом между боковыми сторонами ложементов и боковой стороной корпуса размещена рабочая рейка, на верхней стороне которой в концевой зоне последовательно закреплены металлические стержни и брусок, на верхней плоскости которого выполнена риска, а второй брусок закреплен в другой концевой зоне рабочей рейки, при этом на боковой стороне бруска, обращенной наружу, закреплены магниты, кроме того, учебный прибор снабжен угловым экраном, на наружной поверхности одной из полок которого нанесена мерная линейка, в середине которой имеется нулевой отсчет и выполнена прорезь в середине, а на второй полке в середине выполнен Ц-образный паз, кроме того, учебный прибор снабжен опорным бруском, выполненным из материала с высоким коэффициентом трения и снабженным Ц-образным пазом на боковой стороне, обеспечивающим установку рейки наклонно, индикатором радиоактивности, размещенным в ложементе, выполненном из ударосберегающего материала, фотографиями треков заряженных частиц, лампой накаливания, неоновой лампой, фотодиодом, которые, как и светодиод, закреплены каждый на своей подставке, выполненной в виде короба, основание которого выполнено ступенчатым, одна из ступеней снабжена магнитами, взаимодействующими с металлическими стержнями рабочей рейки, а вторая образует консоль, основание которой взаимодействует с полкой углового экрана в зоне Ц-образного паза, а торец консоли взаимодействует с наружной поверхностью бруска с риской, боковые и торцевая стороны короба подставки снабжены выступающими за основания ребордами, охватывающими стороны рабочей рейки, а на верхней поверхности короба выполнены электрогнезда и нанесены электрические символы закрепленного элемента, при этом фотодиод размещен на основании короба, причем одна из боковых сторон этого короба выполнена меньшей высотой, а на одном из торцов с внутренней стороны в его середине выполнена выборка в виде глухого паза, по ширине соответствующего ширине рабочей рейки, а по высоте - до совмещения с прямоугольным пазом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к лабораторным учебным приборам для изучения квантовых явлений в разных разделах физики в учебных заведениях различного уровня: в общеобразовательных школах, профессионально-технических училищах, техникумах и колледжах.

Известно техническое решение, описанное в кн. «Фронтальные лабораторные занятия по физике в 7-11 классах общеобразовательных учреждений» под. ред. В.А.Бурова и др., М. Просвещение, 1996 г., стр.37. В комплект описанного прибора входят деревянный брусок с делениями и пазами, в которых перемещается экран со шкалой, а на торце бруска закреплена рамка для установки дифракционных решеток. Однако такой прибор неудобен в использовании и хранении, так как все его элементы размещены в разных укладках.

Известен «Учебный прибор для демонстрации волновой оптики», патент РФ №2226005, кл. G 09 В 23/22, 2002 г, в котором все элементы, необходимые для проведения опытов и экспериментов закрепляют основаниями, снабженными магнитными полосками, либо на рабочем поле, закрепленном посредством штатива на столике, либо на самом столике, при этом как рабочее поле, так и столик выполнены из ферромагнитного материала. Однако этот прибор предназначен для демонстрации экспериментов, проводимых преподавателем для группы учащихся, и не позволяет учащимся индивидуально самостоятельно осваивать навыки проведения опытов.

Наиболее близким техническим решением является «Устройство для экспериментального изучения законов оптики» по патенту №2227329, G 09 В 23/22, 2002 г. В данном техническом решении все элементы для проведения опытов располагаются в корпусе с крышкой, а внутри корпуса закреплены ложементы для элементов, используемых при проведения эксперимента. Однако данное устройство не позволяет проводить весь комплекс работ по квантовым явлениям различных разделов физики.

Технической задачей настоящего изобретения является создание компактного и удобного в индивидуальном использовании прибора, обеспечивающего возможность проведения всего комплекса экспериментов по квантовым явлениям в различных разделах физики.

Поставленная задача достигается тем, что в учебном приборе для изучения квантовых явлений, содержащем корпус с прямоугольными пазами на внутренней поверхности торцевых и боковой стороне под крышку, во внутренней полости корпуса на днище закреплен ложемент с размещенными в нем дифракционными решетками с магнитным держателем, светодиодом, выпрямитель типа ВУ-4М, провода соединительные, ложемент выполнен в виде прямоугольника со сквозными углублениями, два из которых выполнены прямоугольными, а один - Т-образным, и закреплен к торцевой и боковой стороне корпуса, причем между свободным торцом ложемента и другой торцевой стороной корпуса размещен ложемент с глухим прямоугольным углублением и выполненный из ударосберегающего материала, при этом между боковыми сторонами ложементов и свободной боковой стороной корпуса размещена рабочая рейка, на верхней поверхности которой в концевой зоне последовательно закреплены металлические стержни и брусок, на верхней плоскости которого выполнена риска, а второй брусок закреплен в другой концевой зоне рабочей рейки, при этом на боковой стороне этого бруска, обращенной наружу, закреплены магниты, учебный прибор снабжен угловым экраном, на наружной поверхности одной из полок которого нанесена мерная линейка с нулевым отсчетом в середине и выполнена прорезь в середине, а на второй полке в середине выполнен Ц-образный паз, опорным бруском, выполненным из материала с высоким коэффициентом трения и снабженным Ц-образным пазом на боковой стороне, индикатором радиоактивности, размещенным в ударосберегающем ложементе, фотографиями треков заряженных частиц, элементами-источника света - лампой накаливания, неоновой лампой, фотодиодом, которые, как и светодиод, закреплены каждый на своей подставке выполненной в виде короба, основание которого выполнено ступенчатым, одна из ступеней снабжена магнитами взаимодействующими с металлическими стержнями рабочей рейки, а вторая ступень образует консоль, основание которой взаимодействует с полкой экрана в зоне Ц-образного паза, а торец консоли взаимодействует с наружной поверхностью бруска со щелью, боковые и торцевая стороны короба подставки снабжены, выступающими за основание ребордами, охватывающими стороны рабочей рейки, а на верхней поверхности короба выполнены электрогнезда, и нанесены электрические символы закрепленного элемента, при этом фотодиод размещен на основании короба, причем одна из боковых сторон корпуса выполнена меньшей высотой, а на одном из торцов с внутренней стороны выполнена выборка в виде глухого паза, по ширине соответствующего ширине рабочей рейки, а по высоте до совмещения с прямоугольным пазом.

На фиг.1 изображен учебный прибор для изучения квантовых явлений, вид сверху, при снятой крышке, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1, на фиг.3 - рабочая рейка, на фиг.4 - вид по стрелке В фиг.3, на фиг.5 - опорный брусок, на фиг.6 - угловой экран, на фиг.7 - подставка для светодиода, неоновой лампы, лампы накаливания, вид сверху, на фиг.8 - вид по стрелке С фиг.7, на фиг.9 - вид по стрелке D фиг.7.

Учебный прибор для изучения квантовых явлений состоит из корпуса 1, выполненного в виде короба, содержащего боковые 2, 3 стенки, торцевые 4, 5 стенки и днище 6, и крышки, на чертеже не показана. Внутри короба 1 на днище 6 закреплены ложементы, ложемент 7 выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда со сквозными углублениями 8, 9, 10 и закреплен к торцевой 4 и боковой 3 стенкам. Углубления 8, 9, выполнены прямоугольной формы, а углубление 10 выполнено Т-образной формы. Между свободным торцом ложемента 7 и торцом 5 корпуса закреплен ложемент 11, выполненный из ударосберегающего материала и снабженный глухим углублением 12, т.е. углубление 12 со всех сторон и днище имеет амортизационный слой, обеспечивающий сохранность индикатора радиоактивности 13 от соударений. В пространство между ложементами 7, 11 и боковой 2 стенкой устанавливается рабочая рейка 14, на верхней поверхности которой в одной концевой зоне закреплены металлические стержни 15 и брусок 16, на верхней плоскости 17 которого выполнена риска 18, а в другой концевой зоне закреплен брусок 19, на наружной боковой стороне 20 которого закреплены магниты 21. Учебный прибор снабжен угловым экраном 22, на наружной поверхности одной полки 23 нанесена мерная линейка 24 с нулевым отсчетом по центру и расходящимися делениями в разные стороны и сквозной прорезью 25 по центру. На другой полке 26 по ее центру выполнен Ц-образный паз 27. Учебный прибор снабжен фотографиями 28 треков заряженных частиц, опорным бруском 29, выполненным из материала с высоким коэффициентом трения, и который укладывается на индикатор радиоактивности 13, при этом на одной из боковых сторон опорного бруска 29 выполнен Ц-образный паз 30, который взаимодействует с рабочей рейкой 14. Учебный прибор для изучения квантовых явлений содержит лампу накаливания 31, неоновую лампу 32, фотодиод 33, светодиод 34. Каждый из этих элементов закреплен на самостоятельной подставке 35, выполненной в виде короба из немагнитопроводящего материала. Основание 36 подставки выполнено ступенчатым, одна 37 из ступеней снабжена магнитами 38, взаимодействующими с металлическими стержнями 15 рабочей рейки 14, а другая образует консоль 39, основание 36 которой взаимодействует с полкой 26 углового экрана 22 в зоне Ц-образного паза, а торец 40 консоли 39, при проведении опытов, упирается, взаимодействуя с бруском 16 с риской 18. Перепад ступенек основания 36 соответствует толщине углового экрана 22. Боковые стороны 41, 42 и торец 43 подставки 35 снабжены выступающими за основание ребордами 44, которые при сборке для демонстрации опытов квантовых явлений охватывают рабочую рейку 14. На верхней поверхности 45 подставок 35 выполнены электрогнезда 46 для подсоединения проводами (на чертеже не показаны) различных элементов источника света, как то: лампу накаливания, неоновую лампу, фотодиод, светодиод, - к источнику тока, а также нанесены электрические символы 47 закрепленного на этой подставке элемента. В случае закрепления на подставке 35 фотодиода 34, он крепится на основании 36, которое может быть выполненным без консоли. Одна из боковых сторон 3 корпуса 1 выполнена меньшей высоты, чем остальные, а на торце 4 с внутренней стороны, в его середине, выполнена выборка 48 в виде глухого паза, по ширине соответствующего ширине рабочей рейки 14, а по высоте до прямоугольного паза 49 для захода крышки. Прибор снабжен дифракционными решетками 50.

Для проведения опытов учащиеся первоначально подготавливает учебный прибор. Для этого ученик открывает крышку корпуса 1, извлекает рабочую рейку 14, опорный брусок 29, угловой экран 22 и необходимые источники света в соответствии с учебным заданием. Затем закрывает крышку корпуса 1 и на крышке производит подготовку учебного прибора. Для этого торец рабочей рейки 14, в зоне которого закреплены металлические втулки, вставляют в выборку 48 на торцевой стенке корпуса, а второй конец рабочей рейки устанавливают в Ц-образный паз 30 на опорном бруске 29. Таким образом, рабочая рейка 14 устанавливается наклонно. Затем угловой экран 22 полкой с Ц-образным пазом размещают на рабочей рейке 14 с наружной стороны бруска с риской 18, совмещая прорезью 25 с риской 18, таким образом, что полка с делениями устанавливается вертикально. На полку углового экрана устанавливают любой из исследуемых элементов источника света, расположенного в подставке 35, таким образом, чтобы совместить магниты 38 на основании подставки и металлические стержни 15 на поверхности рабочей рейки 14. Установленная таким образом подставка консолью 39 основания 36 прижимает угловой экран 22 к рабочей рейке 14 и бруску 17. Дифракционные решетки 50 устанавливается посредством магнитов 21 к другому бруску 19 со стороны магнитов 21 на его боковой стороне 20. Затем учащиеся подключают исследуемый источник света к источнику тока посредством выпрямителя ВУ-4М и проводят опыты.

Предложенная конструкция учебного прибора для изучения квантовых явлений выполнена компактной, удобной в эксплуатации при раздаче каждому учащемуся и при его хранении. Учебный прибор обеспечивает индивидуальное проведение всего комплекса лабораторных работ по программе квантовых явлений в различных разделах физики каждым учащимся самостоятельно, способствует приобретению навыков проведения исследовательских работ. Учебный прибор прост в изготовлении, надежен в работе, не требует больших затрат при изготовлении его в производстве.