УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ ЗАКОНОВ ОПТИКИ Российский патент 2004 года по МПК G09B23/22 

Устройство относится к средствам для обучения учащихся в учебных заведениях различного уровня на уроках физики, а именно к средствам проведения лабораторных работ и опытов по изучению законов оптики в соответствии с учебными программами и принятой методикой курса физики.

Известно техническое решение по описанию свидетельства полезной модели № 5466, кл. G 09 В 3/10, 1996 г., в котором каждый из оптических элементов закреплен на своей подставке с магнитными полосками на днище, а опыты проводятся на установочном столике, выполненном из магнитопроводящего материала. Однако данное учебно-наглядное пособие не удобно в применении, а особенно в хранении после окончания учебного процесса.

Известен “Учебный прибор по оптике” по патенту РФ № 2077073, кл. G 09 В 23/22, 1995 г., в котором на массивном основании закрепляются все оптические элементы, необходимые для проведения опытов. Однако данный прибор является громоздким, неудобным в перемещении на рабочее место учащегося, занимает много места при хранении, так как не компактный и не защищен от случайных внешних повреждений. Данный прибор не позволяет проводить весь комплекс лабораторных работ и опытов, предусмотренных программой обучения.

Наиболее близким техническим решением является “Устройство для демонстрации явлений оптики” по свидетельству на полезную модель № 4179, кл. G 09 В 23/22, в котором весь набор оптических элементов размещен в чемодане с крышкой, служащей экраном. Все оптические элементы снабжены магнитами для удержания на дне чемодана, выполненного с магнитными свойствами. Однако данное устройство не позволяет проводить весь комплекс работ и опытов, обусловленных программой обучения, а кроме того, оно не позволяет проводить сравнительные опыты при различных расстояниях между оптическими элементами, так как отсутствуют измерительные средства размещения оптических элементов.

Технической задачей настоящего изобретения является создание компактного, малогабаритного устройства, удобного как при раздаче на рабочее место учащегося, так и при хранении, и позволяющего проводить весь комплекс экспериментальных лабораторных работ и опытов по оптике в объеме учебной программы и обеспечивающего проведение различных вариантов расположения оптических элементов с фиксацией их координатного расположения, что позволяет проводить сравнения полученных данных от размерного расстояния их расположения.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для экспериментального изучения законов оптики, содержащем корпус с крышкой, в котором размещены линзы и дифракционные решетки, закрепленные в своих держателях, светодиод, плоскопараллельную пластину, корпус выполнен в виде прямоугольного короба, одна из торцевых стенок выполнена меньшей высоты и с прямоугольной выемкой в середине на ее верхнем торце, а внутри короба у другой торцевой стенки на днище закреплен ложемент со щелевыми прорезями для размещения держателей и бруски с прямоугольными выемками, один из брусков закреплен на днище к меньшему по высоте торцу, другой - к ложементу, а между ними закреплен упор, основания выемок брусков расположены в одной плоскости с верхней плоскостью упора, снабженного ]-образной боковой выемкой, причем держатели линз выполнены в виде окрашенных в различные цвета металлических шайб с направляющим патрубком, а держатель дифракционных решеток выполнен в виде слайд-рамки, обечайка которой снабжена стальными полосками, при этом устройство дополнительно снабжено поляроидом, установленным в держателе в виде шайб, ковриком из жесткого поролона, булавками, размещенной в держателе слайд-рамке никелевой фольгой, снабженной комплектом щелей и отверстий, капсулой, закрепленной в держателе в виде шайбы, размещенным в держателе слайд-рамке комплектом масок, выполненных на никелевой фольге, центральная часть которой служит экраном и снабжена мерной шкалой, а также двутаврообразной скамьей, установленной в выемках брусков, одна из полок скамьи снабжена мерной линейкой и на ней вертикально установлены рейтеры, выполненные в виде пластинных стоек с закругленным верхним торцом, на котором нанесена угловая градуировка, и с центральным отверстием, взаимодействующим с направляющими патрубками держателей в виде шайб, а по обе стороны отверстия и на основании рейтера заделаны поляризованные магнитные стержни, светодиод с электрогнездами закреплен в рейтере, причем соединительные провода светодиода выполнены различными по цвету и снабжены различными по цвету и толщине штекерами, а капсула выполнена в виде прозрачного цилиндра с закрывающимися отверстиями и заполненного анизотропным веществом, а на внутренней стороне боковых и торцевой стенках корпуса выполнены прямоугольные пазы под крышку, дно корпуса с наружной стороны снабжено опорными полосками, а один из торцов крышки снабжен ограничительным бруском. Соединения рейтеров с полкой скамьи выполнены с возможностью свободного перемещения рейтеров по полке по типу “ласточкина хвоста”. Штекеры, подключенные к светодиоду, выполнены меньшей толщины, чем штекеры, соединенные с источником тока, при этом один из штекеров, подключенных к источнику тока, выполнен белым и соединен с отрицательным полюсом источника тока, а другой - черным и соединен с положительным полюсом. Линзы выполнены рассеивающей и собирающими, одна из которых - длиннофокусная, а другая - короткофокусная. Устройство снабжено источником тока в виде выпрямителя ВУ-4М. Держатель в виде шайбы поляроида снабжен периферийной радиальной меткой. Магнитные стержни, размещенные по обе стороны отверстия рейтера, установлены так, что каждая сторона рейтера снабжена северным и южным полюсом магнита. Комплект масок выполнен в виде двух диафрагм различного диаметра, щели и оптического предмета в виде буквы “F”.

На фиг.1 изображено устройство для экспериментального изучения законов оптики, вид сверху, на фиг.2 - сечение по А-А фиг.1, на фиг.3 изображен держатель линз, на фиг.4 - сечение Б-Б фиг.3, на фиг.5 - слайд-рамка для дифракционной решетки, на фиг.6 изображена скамья, на фиг.7 изображен держатель с поляроидом, на фиг.8 - сечение В-В фиг.7, на фиг.9 изображен рейтер, вид спереди, фиг.10 - держатель в виде слайд-рамки для комплекта щелей, на фиг.11 изображен рейтер со светодиодом, вид спереди, на фиг.12 - сечение по Г-Г фиг.11, на фиг.13 - держатель в виде слайд-рамки для комплекта масок, на фиг.14 - капсула с анизотропным веществом, на фиг.15 изображена крышка корпуса.

Устройство для экспериментального изучения законов оптики состоит из корпуса 1, содержащего боковые 2 стенки, торцевые 3, 4 стенки и днище 5. Торцевая стенка 3 выполнена высотой “А” меньшей, чем высота торцевой стенки 4, а на верхнем торце 6 стенки 3 выполнена прямоугольная выемка 7. Внутри короба 1 на днище 5 закреплен ложемент 8 со щелевыми прорезями 9, в которые вставляются держатели 10 с линзами 11 и держатели 12 в виде слайд - рамки с дифракционной решеткой 13 или другими оптическими элементами. На днище 5 закреплены бруски 14, 15. Брусок 14 закреплен у торцевой стенки 3, а в средней части торца 16 бруска 14 выполнена прямоугольная выемка 17. У ложемента 8 закреплен брусок 15, который так же снабжен глухой прямоугольной выемкой 18. В середине между брусками 14, 15 на днище закреплен упор 19, снабженный также ]-образной боковой выемкой 20. Основание 21 выемки 17 и основание 22 выемки 18 находится в одной горизонтальной плоскости с верхней плоскостью 23 упора 19. Держатели 10 выполнены в виде металлических шайб, в отверстиях 24 которых закреплены линзы 11, причем отверстия 24 по периметру снабжено направляющим патрубком 25. Держатели 10 в виде шайб, используемые для закрепления различных линз, выполнены различной окраски. Линзы выполнены различными: рассеивающей и собирающей, причем собирающие линзы также различны - длиннофокусная и короткофокусная. Держатели 12 дифракционных решеток 13 выполнены в виде слайд-рамок, при этом обечайка 26 слайд - рамок снабжена стальными полосками 27. В корпусе 1 в выемках 17, 18 соответственно брусков 14, 15 устанавливается двутавровая скамья 28, выполненная из алюминия, а на одной из ее полок закреплена мерная металлическая линейка 29. На двутавровую скамью 28 устанавливают рейтеры 30, которые выполнены из пластмассы в виде пластинных стоек с закругленным верхним торцом 31, с нанесенной на ней угловой градуировкой, и центральным отверстием 32, в которое вставляется направляющий патрубок 25 держателей 10, выполненных в виде шайб. Основание 33 рейтеров 30 выполнено в виде “ласточкина хвоста”, которое свободно надевается на полку скамьи 28 с мерной линейкой 29. В торце 34 рейтера 30 и на боковых сторонах заделаны поляризованные магнитные стержни 35, что обеспечивает надежное удерживание посредством магнитов рейтера на скамье, а также позволяет надежно удерживать шайбовые держатели 10 и держатели 12 слайд-рамок в рейтерах 30 и в тоже время позволяет свободно перемещать (юстировать) рейтеры 30 по скамье 28. Магнитные стержни 35 на боковых сторонах рейтера располагают так, что каждая сторона рейтера снабжена северным и южным магнитным полюсом, что обеспечивает замкнутое магнитное поле, и позволяет менять держатели 10 с различными линзами 11 или держатели 12 в виде слайд-рамок с различными оптическими элементами и надежно удерживать любые держатели на рейтерах 30 за счет магнитного поля. Устройство снабжено ковриком из жесткого поролона и булавками (на чертеже не показано), а также комплектом щелей и отверстий, выполненных в никелевой фольге 36, средняя часть которой свободна, выполняет роль экрана и снабжена мерной линейкой 37, фольга 36 закрепляется в держателе 12, выполненном в виде слайд-рамки. Устройство дополнительно снабжено комплектом масок, выполненных в никелевой фольге 38, закрепленной в держателе 12, при этом средняя часть никелевой фольги 38 свободна, выполняет роль экрана и снабжена мерной линейкой 39. На никелевой фольге выполнены маски в виде двух диафрагм различного диаметра, щели и оптического предмета в виде буквы Г. Светодиод 40, снабженный электрогнездами 41, также плотно закрепляется в рейтере 30. Светодиод 40 соединяется с источником тока посредством проводов, выполненных различными по цвету, а, кроме того, штекеры на концах этих проводов также различны как по цвету, так и по толщине. Более тонкие штекеры подсоединяются к светодиоду, а толстые к источнику тока, причем один из толстых штекеров выполнен белым и подсоединяется к отрицательному полюсу источника тока, а другой выполнен черным и соединен с положительным полюсом источника тока. Устройство дополнительно снабжено капсулой 42, выполненной в виде прозрачного цилиндра, закрепленного в держателе 10 в виде металлической шайбы, и внутри цилиндра помещаются различные анизотропные вещества, например, раствор сахара или др. Цилиндр снабжен отверстиями 43, через которые во внутрь цилиндра заливают растворы, а затем закрывают плотно эти отверстия, цилиндр посредством держателя 10 в виде шайбы, также закрепляют в отверстие 32 рейтера 30. Держатель 44 для поляроида 45 дополнительно снабжен периферийной радиальной меткой 46, взаимодействующей с угловой градуировкой на закругленном торце 31 рейтера 30.

Внутренние стороны боковых стенок 2 и торцевой стенки 4 корпуса 1 снабжены пазами 47, в которые вставляется крышка 48, снабженная ограничительным бруском 49. При закрытии крышки 48 брусок 49 устанавливается на торцевую стенку 3, крышка также используется как установочный столик, где проводится часть опытов, так как часть бруска 49 совместно с выступающими над крышкой боковыми стенками и торцевой стенкой образуют ограничительное заграждение. Внешняя сторона днища 5 снабжена опорными полосками 50, которые используются для закрепления корпусов при установке их друг на друга, так как они заходят в замкнутое пространство ограниченное боковыми 2 и торцевой 4 стенками и бруском 49 крышки 48. Это обеспечивает компактность при складировании и хранении, а также при транспортировке устройств. Устройство снабжено источником тока выпрямителем ВУ-4. При выполнении опытов скамья 28 может быть установлена наклонно, для чего она упирается в ]-образную боковую выемку 20 упора 19 и опираться на выемку 7 торца 6 боковой стенки 3. Мерная линейка 29 на скамье 28 используется для определения координаты оптического элемента, закрепленного в рейтере 30, который устанавливают на скамье.

Предложенная конструкция устройства для демонстрации законов оптика выполнена компактной, удобной в эксплуатации при проведении всего набора лабораторных работ и опытов по программе. Устройство просто в изготовлении и надежно в работе, не требует больших затрат при изготовлении в производстве.

Устройство содержит корпус с крышкой, выполненный в виде прямоугольного короба, одна из торцевых стенок которого выполнена меньшей высоты. На днище корпуса закреплен ложемент для размещения держателей, бруски с прямоугольными выемками и упор. Основания выемок брусков расположены в одной плоскости с верхней плоскостью упора. Устройство снабжено линзами, поляроидом и капсулой, установленными в соответствующих держателях в виде шайб с направляющими патрубками, и установленными в соответствующих держателях в виде слайд-рамок дифракционными решетками, никелевой фольгой с комплектом щелей и отверстий, и комплектом масок, выполненных на никелевой фольге, а также двутаврообразной скамьей, установленной в выемках брусков. Одна из полок скамьи снабжена мерной линейкой и на ней установлены рейтеры с центральным отверстием, взаимодействующим с патрубками держателей в виде шайб, а по обе стороны отверстия и на основании рейтера заделаны магнитные стержни. Устройство снабжено светодиодом с электрогнездами, закрепленным в рейтере. Обеспечивается создание малогабаритного устройства, позволяющего проводить весь комплекс опытов по оптике в объеме учебной программы и обеспечивающего различные варианты расположения оптических элементов с фиксацией их координатного расположения. 7 з.п.ф-лы, 15 ил.

1. Устройство для экспериментального изучения законов оптики, содержащее корпус с крышкой, в котором размещены линзы и дифракционные решетки, закрепленные в своих держателях, светодиод и плоскопараллельная пластина, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде прямоугольного короба, одна из торцевых стенок которого выполнена меньшей высоты и с прямоугольной выемкой в середине на ее верхнем торце, причем внутри короба у другой торцевой стенки на днище закреплен ложемент с щелевыми прорезями для размещения держателей, а также на днище закреплены бруски с глухими прямоугольными выемками и упор с боковой выемкой, при этом один брусок закреплен у меньшей по высоте торцевой стенки, другой - у ложемента, а между ними закреплен упор, при этом основания выемок брусков расположены в одной плоскости с верхней плоскостью упора, причем держатели линз выполнены в виде окрашенных в различные цвета металлических шайб с направляющими патрубками, а держатели дифракционных решеток выполнены в виде слайд-рамок, обечайки которых снабжены стальными полосками, при этом устройство дополнительно снабжено поляроидом и капсулой, установленными в соответствующих держателях в виде шайб с направляющими патрубками, и установленными в соответствующих держателях в виде слайд-рамок никелевой фольгой, снабженной комплектом щелей и отверстий, и комплектом масок, выполненных на никелевой фольге, центральная часть которой служит экраном и снабжена мерной линейкой, а также ковриком из жесткого поролона, булавками и двутаврообразной скамьей, установленной в выемках брусков, причем одна из полок скамьи снабжена мерной линейкой и на ней вертикально установлены рейтеры, выполненные в виде пластинных стоек с закругленным верхним торцом, на котором нанесена угловая градуировка, и с центральным отверстием, взаимодействующим с направляющими патрубками держателей в виде шайб, а по обе стороны отверстия и на основании рейтера заделаны поляризованные магнитные стержни, кроме того, устройство снабжено светодиодом с электрогнездами, закрепленным в рейтере, причем соединительные провода светодиода выполнены различными по цвету и снабжены различными по цвету и толщине штекерами, а капсула выполнена в виде прозрачного цилиндра, заполненного анизотропным веществом.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутренней стороне боковых и торцевой стенок корпуса выполнены прямоугольные пазы под крышку, дно корпуса с наружной стороны снабжено опорными полосками, а один из торцов крышки снабжен ограничительным бруском.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединения рейтеров с полкой скамьи выполнены по типу ласточкин хвост с возможностью свободного перемещения рейтеров по полке.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линзы выполнены рассеивающей и собирающими, причем одна из собирающих линз - длиннофокусная, а другая - короткофокусная.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнитные стержни размещены по обе стороны отверстия рейтера таким образом, что каждая сторона рейтера снабжена северным и южным полюсом магнита.6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что комплект масок выполнен в виде двух диафрагм различного диаметра, щели и в виде буквы F.7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено выпрямителем ВУ-4М.8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что штекеры, подключенные к светодиоду, выполнены меньшей толщины, чем штекеры, соединенные с выпрямителем, при этом один из штекеров, подключенный к отрицательному полюсу выпрямителя, выполнен белым, а один из штекеров, подключенный к положительному полюсу выпрямителя, выполнен черным.