учебно-наглядное пособие по оптике "l-микро"

Формула изобретения

Учебно-наглядное пособие по оптике, содержащее установочный столик, подставки с магнитными полосками на основании и электрогнездами на лицевой стороне, элементы оптического набора, выполненные с возможностью установки на подставках, включающего электролампочку, светодиодный выключатель, фотодиодный датчик, фотоэлемент, светофильтры, призмы, экран, универсальный держатель для линз, дифракционной решетки, зеркала, поляроида, при этом каждая подставка выполнена в виде платы, имеющей форму короба, внутренняя полость которого разделена на поперечные секции - крайние, центральную и средние, снабженные цилиндрическими патрубками со сквозными отверстиями, расположенными внутри секций короба рядами, причем средние секции разделены поперечными относительно платы перегородками - ребрами жесткости, часть из которых выполнена усеченными на одну треть высоты платы, при этом патрубки средних секций расположены между усеченными перегородками и выполнены усеченными на одну треть высоты короба, а магнитные полоски выполнены в виде вставок, закрепленных в нише, образованной усеченными перегородками и усеченными патрубками, а патрубки крайних и центральной секций выполнены большего диаметра, чем патрубки средних секций, а между патрубками в центральной секции в поперечном ряду расположены патрубки диаметром, равным диаметру усеченных патрубков, а электролампочка снабжена расположенным над ней и закрепленным в патрубке платы посредством стойки колпачком, выполненным в виде сферического сегмента, при этом пособие дополнительно снабжено электропроводами, каждый конец которых имеет цилиндрический пластиковый держатель со сквозным осевым отверстием, в котором закреплен металлический патрубок, с одной стороны которого закреплен электропровод, а с другой - штекер, выполненный бочкообразной формы с продольными прорезями на боковой поверхности, при этом свободный конец штекеров выполнен глухим, а держатель оснащен дополнительным поперечным электрогнездом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к учебным пособиям и может быть использовано в области учебно-наглядного оборудования для демонстрации и изучения физических и оптических явлений.

Известен прибор для проведения лабораторных работ по электротехнике, включающий прямоугольную плату, на которой установлены контактные гнезда с металлическими шинками, объединяющими их в группы (см. авт.св. СССР №173483, Кл. G 09 В 23/18, 1963 г.). В этом приборе контактные группы расположены на поверхности платы. Такое техническое решение направлено на упрощение процесса сборки и разборки демонстрируемого прибора, но не до конца решает эту задачу: контактные шинки требуют самостоятельного крепления на плате, они плохо выполняют роль держателя съемных деталей, что может привести к травмированию людей и ударам электрическим током.

Известен прибор для учебной сборки электросхем, верхняя поверхность платы которого выполнена с продольными и поперечными пазами, расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга (см. авт.св. №832275, Кл. G 09 В 23/18, 1977). В гнезда платы, образованные продольными и поперечными пазами, вставляются гибкие контактные пластины с отверстиями, одновременно являющиеся держателями деталей. При некотором расширении функциональных возможностей данное техническое решение не обеспечивает нужной прочности и безопасности при эксплуатации: гибкие контактные пластины не могут прочно удерживать детали приборов, а их установка в пазах платы без необходимой фиксации приведет к выскакиванию пластин из пазов.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является учебно-наглядное пособие L-микро для изучения оптических явлений, включающее установочный столик, на котором посредством подставок с магнитными полосками на основании и электрогнездами на лицевой стороне устанавливают такие элементы оптического набора как экран, светофильтр, электролампы, призмы, светодиодный выключатель, фотодиодный датчик, фотоэлемент, универсальный держатель (см. патент на полезную модель РФ №5466, кл. G 09 В 3/10, 1997 г.). Известное техническое решение компактнее, универсальнее и удобнее в использовании, чем предыдущие технические решения. Однако при сборке пособия приходится делать дополнительные отверстия в подставках под установку креплений, это усложняет процесс сборки и увеличивает время монтажа, при этом не удается добиться должной безопасности эксплуатации приборов при подключении электрического тока. Из-за перечисленных недостатков в известном пособии ограничены демонстрационные функции, сложность монтажа не дает возможности использовать более современные демонстрационные средства.

Задачей настоящего технического решения является повышение удобства пользования пособием за счет унификации и упрощение изготовления используемых подставок, упрощение монтажа и демонтажа учебно-наглядного пособия, повышение надежности и безопасности оптических приборов и их фиксации на подставках, расширение функциональных и демонстрационных возможностей учебного пособия и повышение безопасности работы со стеклянной электролампой при проведении опытов, демонстрирующих оптические явления.

Поставленная задача достигается тем, что учебно-наглядное пособие по оптике содержит установочный столик, подставки с магнитными полосками на основании и электрогнездами на лицевой стороне, элементы для проведения опытов, выполненные с возможностью установки на подставках, включающие электролампочку, светодиодный выключатель, фотодиодный датчик, фотоэлемент, светофильтры, призмы, экран, универсальный держатель для линз, дифракционной решетки, зеркала, поляроида, при этом каждая подставка выполнена в виде платы, имеющей форму короба, внутренняя полость которого разделена на поперечные секции крайние, центральную и средние, снабженные цилиндрическими патрубками со сквозными отверстиями, расположенными внутри секций короба рядами, причем средние секции разделены поперечными относительно платы перегородками - ребрами жесткости, часть из которых выполнена усеченными на одну треть высоты платы, при этом патрубки средних секций расположены между усеченными перегородками и выполнены усеченными на одну треть высоты короба, а магнитные полоски выполнены в виде вставок, закрепленных в нише, образованной усеченными перегородками и усеченными патрубками, а патрубки крайних и центральной секций выполнены большего диаметра, чем патрубки средних секций, а между патрубками в центральной секции в поперечном ряду расположены патрубки с диаметром, равным диаметру усеченных патрубков, а электролампочка снабжена расположенным над ней и закрепленным в патрубке платы посредством стойки колпачком, выполненным в виде сферического сегмента, при этом пособие дополнительно снабжено электропроводами, каждый конец которых имеет цилиндрический пластиковый держатель со сквозным осевым отверстием, в котором закреплен металлический патрубок, с одной стороны которого закреплен электропровод, а с другой - штекер, выполненный бочкообразной формы с продольными прорезями на боковой поверхности, при этом свободный конец штекеров выполнен глухим, а держатель оснащен дополнительным поперечным электрогнездом.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено учебно-наглядное пособие по оптике в упаковке с ячейками; на фиг.2 - плата, вид снизу на основание; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - плата со смонтированной на ней электрической лампочкой; на фиг.6 - электрический провод с держателями и штекерами.

Учебно-наглядное пособие для изучения оптических явлений включает установочный столик (на чертеже не показан), подставки и элементы оптического набора. В состав элементов оптического набора входят электролампочка 1, светодиодный выключатель, фотодиодный датчик и фотоэлемент. Перечисленные элементы выполнены с возможностью закрепления на подставках.

Пособие содержит также экран 2, призмы 3, универсальные держатели 4 и выполненные с возможностью установки на универсальных держателях дополнительные элементы оптического набора такие, как линзы 5, дифракционная решетка 6, светофильтры 7, зеркало 8 и поляроид 9. Универсальный держатель 4 имеет основание 10 с установленной на нем рамкой 11. На задней стороне рамки 11 в ее вертикальные стойки на передней стороне рамки в ее горизонтальные перекладины вмонтированы магнитные полоски. Каждый из дополнительных элементов оптического набора: линзы 5, дифракционная решетка 6, светофильтры 7, зеркало 8 и поляроид 9, имеет металлическое основание. Линзы 5, дифракционная решетка 6, светофильтры 7 и поляроид 9 заключены в кольцевые оправы 12, при этом упомянутое металлическое основание расположено со стороны тыльной поверхности оправы. При креплении дополнительного элемента оптического набора к универсальному держателю соответствующий элемент прикладывают металлическим основанием к магнитным полоскам рамки держателя с ее задней или передней стороны, обеспечивая тем самым надежную фиксацию этого элемента на держателе в процессе проведения опытов.

Каждая подставка, служащая для крепления электролампочки, светодиодного выключателя, фотодиодного датчика или фотоэлемента выполнена в виде платы 13, имеющей форму короба. На основании платы 13 смонтированы магнитные полоски, посредством которых плата закрепляется на установочном столике, а на лицевой стороне платы 13 имеются электрогнезда.

Внутренняя полость короба платы 13 разделена на поперечные секции: крайние 14, центральную 15 и средние 16. Крайние 14 и центральная 15 секции снабжены цилиндрическими патрубками 17, расположенными поперечными рядами. Средние секции 16 снабжены поперечными относительно платы перегородками - ребрами 18 жесткости, часть из которых выполнена усеченными на одну треть высоты платы и на которых выполнены цилиндрические патрубки 19, выполненные также усеченными на одну треть высоты платы. На усеченных перегородках - ребрах 18 и усеченных патрубках 19 закреплены магнитные полоски 20. На плате оборудованы электрогнезда 21, выполненные в виде металлических патрубков 22 с отогнутыми хвостовиками 23 и закрепленные в усеченных патрубках 19 средних секций или в патрубках 24 центральной секции, которые расположены в поперечном ряду между патрубками 17 с большим диаметром.

Электролампа 1 смонтирована на плате 13 посредством уголкового держателя 25, закрепленного на плате 13 с ее лицевой стороны саморезами 26 путем ввинчивания их в плату 13 в цилиндрические патрубки 19. Над электролампой 1 на стойке 27 установлен колпачок 28, выполненный в виде сферического сегмента, причем стойка 27 крепится к плате 13 посредством самореза 26, закрученного в патрубок 24 центральной секции.

В состав пособия входят также электрические провода 28, уложенные в ячейке упаковки и снабженные пластиковыми цилиндрическими держателями 29 со сквозным осевым отверстием, в котором закреплен металлический патрубок, с одной стороны которого закреплен электропровод, а с другой штекер 30, расположенными на обоих концах проводов. Штекер 30 выполнен бочкообразной формы с продольными прорезями 31 на боковой поверхности, при этом свободный конец 32 штекеров 30 выполнен глухим, а держатели 29 снабжены дополнительным поперечным электрогнездом 33.

Учебно-наглядное пособие L-микро для изучения оптических явлений используется следующим образом. Перед началом проведения лабораторных работ преподаватель раздает наборы учениками и дает задание на проведение опытов. Таблицы с заданием, выполненные в виде ламинированной карты, входят в учебный набор. После получения задания ученики, отбирая необходимые элементы из набора, собирают определенную оптическую схему, используя электрические провода 28, которые подсоединяют к источнику питания. В качестве источника питания используются батарейки. Соединение элементов осуществляется посредством электрогнезд 21 и электрических проводов 28. Таким образом, учащиеся изучают всевозможные свойства различных оптических явлений, получают необходимые навыки в проведении физических и оптических опытов и экспериментов, причем данное пособие дает возможность проводить опыты различной сложности. Оснащение электроламп 1 сферическими сегментами 28 уменьшает рассеивание света и улучшает качество получаемых оптических эффектов.

Возможность использования пособия для демонстрации различных оптических эффектов показана на следующих примерах.

1. Изучение явления поляризации света (получение поляризованного света и изучение его свойств).

На установочный столик помещают плату с закрепленной на ней электролампой и универсальный держатель с закрепленной на нем линзой. Включают электролампу и предлагают учащимся установить держатель с линзой таким образом, чтобы лампа была в фокусе. При этом после линзы будет сформирован параллельный пучок света. На расстоянии 15-20 см от линзы устанавливают экран со щелью. Предлагают учащимся установить между линзой и экраном один из поляроидов. Освещенность пятна на экране при этом уменьшится. Это вполне естественно, так как поляроид пропускает только электромагнитные волны с определенным направлением вектора электрического поля. Если учащиеся будут поворачивать поляроид, то они увидят, что освещенность пятна на экране не изменяется. Учащимся предлагают объяснить наблюдаемое явление, предварительно напомнив о том, что в испускаемом нитью накала электролампы естественном свете все направления колебаний вектора электрического поля представлены одинаково.

2. Изучение зависимости освещенности объекта от расстояния до источника света.

На установочный столик помещают плату с закрепленной на ней электролампой, включают лампу и с помощью переменного резистора (не показан) устанавливают яркость свечения, близкую к максимальной. Закрепленный на плате фотоэлемент устанавливают на расстоянии 25 см от электролампы и записывают значение освещенности (например, по показаниям мультиметра). После этого придвигают фотоэлемент ближе к электролампе, измеряют расстояние между электролампой и фотоэлементом и снова записывают значение освещенности. Всего необходимо снять 6-8 точек. На основании полученных результатов измерений строят график зависимости освещенности поверхности фотоэлемента от расстояния.

3. Создание модели спектрографа.

Спектрографом называется оптический прибор, предназначенный для получения и регистрации спектров излучения.

На установочный столик помещают плату с закрепленной на ней электролампой. Последовательно за электролампой посредством универсальных держателей устанавливают линзу и дифракционную решетку. Положение линзы подбирают таким образом, чтобы электролампа находилась в фокусе линзы. Параллельный пучок света. формируемый линзой, направляется на дифракционную решетку. После дифракционной решетки свет разделяется на пучки, соответствующие главным максимумам. В пучке света, который продолжает распространяться вдоль направления падающего на решетку луча (максимум нулевого порядка), разложения в спектр не происходит. Спектр наблюдается в других пучках света, которые расположены симметрично относительно максимума нулевого порядка (максимумы первого и второго порядков). В один из этих пучков света за дифракционной решеткой ставят (в максимум первого порядка) линзу. В фокальной плоскости линзы возникает множество изображений источников света, каждое из которых формируется излучением со своей длиной волны.

4. Разложение белого света в спектр с помощью призмы.

На установочный столик помещают плату с закрепленной на ней электролампой, стеклянную призму и экран. Направляют луч света на призму. В результате на экране можно видеть, что луч белого цвета разделяется на множество плавно переходящих друг в друга цветных пучков. Цветную картину, возникающую на экране после прохождения светом призмы, называют спектром.

Благодаря особому выполнению плат 13 учебно-наглядное пособие L-микро для изучения оптических явлений является удобным в работе, имеет компактную конструкцию: все необходимое оборудование собрано в единое целое, обеспечивает надежную транспортировку, раздачу учащимся, удобное складирование и хранение, облегчает работу преподавателей, позволяет сократить время на подготовительные и заключительные этапы, удлиняя сам процесс обучения.

Таким образом, техническое решение обеспечивает унификацию и упрощение изготовления используемых плат, упрощение монтажа и демонтажа учебно-наглядного пособия, повышение надежности и безопасности электрических приборов и их фиксации на платах, расширение функциональных и демонстрационных возможностей учебного пособия, уменьшение рассеивания света и повышение безопасности работы со стеклянной электролампой при проведении опытов с оптическими явлениями.