Демонстрационный прибор по физике Советский патент 1990 года по МПК G09B23/22 

Изобретение относится к учебным демонстрационным приборам по физике.

Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей и повышение наглядности прибора.

.На фиг.1 приведена схема предлагаемого прибора с пластинами, деформируемым изгибом; на фиг.2 - то же,с пластинами, деформируемыми кручением.

Прибор содержит источник 1 света, конденсатор 2, интерференционный светофильтр 3, поворотную опору 4, поляризатор 5, оптический объект 6, оптический компенсатор 7, анализатор 8, объектив 9 и экран 10.

Компенсатор помещен в кассету, имеющую средство для задачи деформации изгиба или кручения составляющему компенсатор пакету пластин, расположенных перпендикулярно оптической осн.

Б качестве компенсатора используется пакет плоских прозрачных пластин, создание в которых деформации изгиба или кручения позволяет преобразовывать эллиптическое двупре- ломление или поворот плоскости поляризации в смещение нейтральных линий. Причем величина смещения пропорциональна эллиптическому двупреломле- нию, если в пластинах создана деформация изгиба, или углу поворота плоскости поляризации, если в пластинах создана деформация кручения. Нейтральная линия - это темная полоса,

СП

J

О5

со о ьо

315

которая отчетливо видна1 в большой аудитории на экране.

Использование такого компенсатора позволяет не только повысить наглядность демонстрации (за счет визуализации распределения величины двупреломления в объекте или одновременного наблюдения нескольких объектов) , но и обеспечивает демонстрацию ряда новых закономерностей (например, дисперсию в оптически активных материалах, вторичный электрооптический эффект и др.).

Световой поток от источника 1 света, пройдя конденсор 2, светофильтр 3, поляризатор 5, становится линейно поляризованным и проходит через оптический объект 6 и оптический компенсатор 7, затем, пройдя анализатор 8 и объектив 9, попадает на экран 10, где проецируется изображение оптического объекта.

Когда прозрачные пластинки изгибаются в виде дуги, то линии по центру каждой пластинки остаются недеформируемые, т.е. представляют собой нейтральные области. Часть пластинок выше нейтральной линии испытывает напряжение растяжения, а часть ниже этой линии - напряжение сжатия. В результате верхняя часть пластинок ведет себя как положительный кристалл а нижняя - как отрицательный одноосный кристалл. Если такой пакет пластинок рассматривать в параллельном поляризованном свете при скрещенных поляроидах,то свет будет полностью гаситься лишь вдоль нейтральных линий. Поэтому при изгибе пакета прозрачных пластин в поляризованном свете наблюдается система параллельных темных линий на фоне светлого поля. Прибор позволяет демонстрировать искусственную оптическую анизотропию т.е. явление фотоупругости. Для этого вначале демонстрируют пластинки оптического элемента без сжатия, а затем, постепенно увеличивая величи- ну сжатия, показывают появление полос высших порядков. Снова устанавливают лишь темные нейтральные линии и вводят в поле зрения модель объекта; выполненного из оргстекла и подвергнутого внешнему воздействию. На экране отчетливо видны искаженные нейтральные линии, которые показыва- ют, где в модели имеются напряжения сжатия, а где растяжения, а также ве

личину смещения нейтральной линии, пропорциональной величине напряжения в той или иной точке объекта.

Таким образом, на экране видно не только распределение напряжения в оптическом объекте, но и величину напряжения, которая без оптического компенсатора 7 визуально не видна. При демонстрации принципа действия

пластинки

в качестве оптического

объекта 6 устанавливают пластинку

1-5

- -. При ее

вращении на 180° нейт0

5

0

35

40

45

50

5

ральные линии смещаются вверх и вниз относительно начального положения.

Кроме того, прибор позволяет демонстрировать принцип действия пластинки в длину волны. В качестве объекта 6 устанавливают пластинку в длину волны / 575 нм (так называемую чувствительную пластинку). На экране верхняя часть пластин оптического элемента принимает индигосинюю окраску, а нижняя - пурпурно-красную.

При демонстрации электрооптического эффекта в кристаллах в качестве оптического объекта используют электрооптический кристалл (например, ДКДР ZnSe). При прикладывании к нему постоянного электрического поля на экране видно смещение нейтральной линии, величийа которого пропорциональна электрическому полю. При смене направления поля на противоположное нейтральная линия смещается в другую сторону. Это демонстрация электрооптического эффекта при постоянном механическом напряжении, т.е. когда кристалл механически свободен. При демонстрации дисперсии линейного двупреломления в качестве оптического объекта используют кристалл, имеющий значительную дисперсию двупреломления в видимой области спектра, например монокристалл селенида цинка, легирование которого магнием приводит к возникновению двупреломления. Величина смещения нейтральной линии, видимая на экране, при уменьшении длины волны от 0,64 до 0,,5 мкм уменьшается до нуля.

Когда в прозрачной пластине создаются напряжения кручения, то- линия по центру пластинки остается недеформируемой, т.е. представляет собой

нейтральную область. В результате верхняя часть пластинки ведет себя как правовращающий кристалл,а нижняя - как левовращающий кристалл (или наоборот). Поэтому при кручении пакета прозрачных пластин в поляризованном свете наблюдается система параллельных темных линий на фоне светлого поля.

Прибор позволяет демонстрировать следующие закономерности: вращение плоскости поляризации раствором са-, хара, Для этого берут в качестве оптического объекта 6 трубки с окнами, заполняют их раствором сахара от 10% до насыщенного. Затем эти . трубки (3-4 шт.) устанавливают на пути лучей между поляризатором и оптическим компенсатором 7. После фокусировки на экране 10 видны линии, величина смещения которых пропорциональна концентрации сахара в трубке, поэтому и величина смещения для каждой трубки разная;

вращение плоскости поляризации кварцем. Для этого в качестве оптического объекта 6 используют несколько плоскопараллельных пластинок разной толщины порядка 3-10 мм, вырезанных перпендикулярно оптической оси. Необходимо иметь право- и левовраща- кицие кварцевые пластинки. Устанавливают пластинки между поляризатором 5 и оптическим компенсатором 7 и демонстрируют следующие явления: смещение нейтральной линии вверх или вниз при смене левовращающей на правовращающу пластинку; показывают увеличение угл вращения при большой толщине пластинки, для чего складывают последова- ; тельно несколько тонких пластинок, при этом смещение нейтральных линий компенсатора будет увеличиваться;. используют интерференционный светофильтр 0,64 мкм и,вращая его вокруг вертикальной оси (при этом изменяется длина волны света), показывают дисперсию двупреломпения. При этом величина смещения нейтральной линии будет зависеть от длины волны.

Прибор может использоваться для демонстрации эффектов: Фарадея элек- трогирации, пьезооптической активности. Для этого специально ориентированный кристалл помещается между поляризатором и оптическим компенсатором 7. При внешнем воздействии (магнитное или электрическое поле, , механическое напряжение) наблюдается

5 смещение нейтральной линии, указывающее на поворот плоскости поляризации.

Формула изобретения

0 1. Демонстрационный прибор по физике, содержащий последовательно установленные на оптической скамье источник света, конденсор, светофильтр, поляризатор, оптический объ5 ект, анализатор, объектив и экран, отличающийся тем, что,с целью расширения демонстрационных возможностей и повышения наглядности, он имеет расположенный между поляри0 затором и объектом оптический компенсатор, выполненный в виде пакета пластин, установленных перпендикулярно оптической оси в кассете, имеющей средство для деформации пластин, а светофильтр выполнен интерференционным и установлен в поворотной опо- ре.

2.Прибор поп.1, отличающийся тем, что средство для деформации установлено в кассете с возможностью задачи пластинам деформации изгиба.

3.Прибор поп.1, отличающийся тем, что средство для деформации- установлено в кассете с возможностью задачи пластинам деформации кручения.

5

0

5

Т ю

Изобретение относится к учебным демонстрационным приборам по физике. Целью изобретения является расширение демонстрационных возможностей и повышение наглядности прибора. Для достижения поставленной цели демонстрационный прибор по физике, содержащий последовательно установленные на оптической скамье источник света, конденсатор, светофильтр, поляризатор, оптический объект, анализатор, объектив и экран, имеет оптический компенсатор, расположенный между оптическим объектом и анализатором, при этом оптический компенсатор выполнен в виде пакета плоских прозрачных пластин, помещенных в металлическую рамку с винтами, создающими напряжение изгиба или кручения, а в качестве светофильтра применен интерференционный светофильтр, установленный на поворотном основании. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

/

Ч

гт

3 / 5 6 7 Фиг.2

Ю