本實用新型公開了一種微小形變多級光放大演示儀，涉及一種將彈性金屬板的微小形變進行“多級光放大”并用激光光跡顯示的實驗儀器，屬于物理教具。

背景技術(shù)：

在物理教學中，把微小放大以利于觀察是一種重要的方法。力的作用效果之一會使物體發(fā)生形變，但硬度越大的物體，其微小形變越不容易被覺察。為了證實硬度再大的物體在力的作用下也是有發(fā)生形變，把微小形變“放大”到直接看出來，教師一般采用如下常規(guī)方法：在一張桌子上放兩面平面鏡，讓一束激光依次被這兩面平面鏡反射，最后射到一個離平面鏡較遠的刻度尺上并形成一個光點。當用力向下壓桌面時，桌面會發(fā)生微小的形變，這時光點會在刻度尺上出現(xiàn)明顯的移動。該常規(guī)實驗方案存在許多不足：(1)為了讓微小形變有明顯的“放大”，需讓刻度尺到平面鏡的距離較遠，教師往往把刻度尺放到離講臺較遠的教室后墻上；(2)實驗現(xiàn)象只看到一個光點的移動，不能看到激光在傳播過程中整條激光光線的偏移；(3)激光需射到遠處的刻度尺上，容易誤傷到學生的眼睛，不夠安全。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述不足，可利用多級光放大原理、煙霧顯示光跡原理及視覺暫留原理，設(shè)計一種將彈性金屬板的微小形變進行“多級光放大”并用激光光跡顯示的實驗儀器。本實用新型采用如下技術(shù)方案：一種微小形變多級光放大演示儀，包括透明箱、可旋轉(zhuǎn)底座、彈性金屬板、拉線、定滑輪、鉤碼、小鏡片、激光筆、煙霧器、左側(cè)反光鏡、右側(cè)反光鏡及半透明屏幕等，其具體特征是：透明箱具體包括透明箱本體、左側(cè)橢圓孔、右側(cè)橢圓孔、定滑輪位置孔、金屬板卡口、激光筆卡口及黑紙等；所述左側(cè)橢圓孔設(shè)在透明箱本體左側(cè)面下半位置，方便對透明箱內(nèi)的器件進行操作，如調(diào)整激光筆角度、對煙霧器點火等；所述右側(cè)橢圓孔設(shè)在透明箱本體右側(cè)面下半位置，方便對透明箱內(nèi)的器件進行操作，如將鉤碼掛到拉線上等；所述黑紙粘貼在透明箱后側(cè)面內(nèi)壁作為黑色背景，讓激光光線光跡顯示更加清晰。可旋轉(zhuǎn)底座裝在透明箱底部，可以用來旋轉(zhuǎn)透明箱，方便調(diào)整觀察角度。彈性金屬板下端卡到透明箱底面的金屬板卡口中，彈性金屬板上端懸空，受拉線拉力作用后會產(chǎn)生微小彎曲形變。拉線一端系在彈性金屬板的上端，另一端帶有一個鉤子，可以用來掛鉤碼。定滑輪固定在透明箱的定滑輪位置孔處，用來改變拉線的拉力方向。鉤碼的質(zhì)量為幾百克為宜，可鉤掛在拉線上。小鏡片粘貼在彈性金屬板的上端左側(cè)面，可隨彈性金屬板微小的彎曲形變而有微小的偏移。激光筆包括激光筆本體和激光筆底座，激光筆底座卡在透明箱的激光筆卡口中，激光筆本體的角度可自由調(diào)整，讓其發(fā)出的激光光線可射到小鏡片上并被反射到左側(cè)反光鏡上。煙霧器具體包括煙盒、煙餅及煙，煙盒內(nèi)裝有煙餅，點燃后可以產(chǎn)生少量的煙，可以顯現(xiàn)激光光線的光跡。左側(cè)反光鏡和右側(cè)反光鏡分別粘貼在透明箱的左側(cè)面和右側(cè)面，激光光線可在左側(cè)反光鏡和右側(cè)反光鏡之間來回多次反射。半透明屏幕貼在透明箱的右側(cè)面上端位置，具體包括屏幕本體和坐標刻度。

本實用新型的原理具體說明如下：實驗時，讓激光筆發(fā)出的一束激光射到粘貼在彈性金屬板上的小鏡片上并被反射到左側(cè)反光鏡上，接著在左側(cè)反光鏡和右側(cè)反光鏡之間來回多次反射后最終射到半透明屏幕上，其激光光線光跡可在煙霧器產(chǎn)生的煙中顯現(xiàn)出來，在透明箱中可看到一條入射光線和多條反射光線。當掛上鉤碼后，彈性金屬板在拉線拉力作用下會發(fā)生微小的彎曲形變并讓小鏡片發(fā)生微小的偏移，此時激光經(jīng)小鏡片反射后的反射光線會向上偏移，接著在左側(cè)反光鏡和右側(cè)反光鏡之間來回反射次數(shù)越多，反射光線向上偏移越明顯，同時半透明屏幕上的激光亮點也向上偏移明顯。當用手快速反復(fù)拉拉線時，彈性金屬板在微小形變及恢復(fù)形變之間不停變換，此時反射光線會不停來回偏移，由于視覺暫留原理從而可看到多個“激光亮區(qū)”。

附圖說明

圖1是本實用新型整體的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是圖1中透明箱等部分器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1中彈性金屬板等部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型掛鉤碼法的原理及動態(tài)效果示意圖；

圖5是本實用新型反復(fù)手拉法的原理及動態(tài)效果示意圖；

圖6是本實用新型的原理說明流程圖；

圖7是本實用新型用掛鉤碼法時反射光線偏移的原理示意圖；

圖8是本實用新型用反復(fù)手拉法時反射光線偏移的原理示意圖；

圖9是本實用新型彈性金屬板未形變時的靜態(tài)效果示意圖；

圖10是本實用新型彈性金屬板發(fā)生形變后的靜態(tài)效果示意圖。

圖中：1.透明箱，具體涉及1a.透明箱本體、1b.左側(cè)橢圓孔、1c.右側(cè)橢圓孔、1d.定滑輪位置孔、1e.金屬板卡口、1f.激光筆卡口及1g.黑紙；2.可旋轉(zhuǎn)底座；3.彈性金屬板；4.拉線；5.定滑輪；6.鉤碼；7.小鏡片；8.激光筆，具體涉及8a.激光筆本體和8b.激光筆底座；9.煙霧器，具體涉及9a.煙盒、9b.煙餅及9c.煙；10.左側(cè)反光鏡；11.右側(cè)反光鏡；12.半透明屏幕，具體涉及12a.屏幕本體和12b.坐標刻度；13.激光光線光跡，具體涉及13a.入射光線、13b.形變前反射光線、13c.形變后反射光線、13d.形變前亮點、13e.形變后亮點及13f.“激光亮區(qū)”；14.手；15.拉力方向；16.光線偏移方向。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。

結(jié)合圖1、圖2和圖3，一種微小形變多級光放大演示儀，包括透明箱(1)、可旋轉(zhuǎn)底座(2)、彈性金屬板(3)、拉線(4)、定滑輪(5)、鉤碼(6)、小鏡片(7)、激光筆(8)、煙霧器(9)、左側(cè)反光鏡(10)、右側(cè)反光鏡(11)及半透明屏幕(12)等，其具體特征是：透明箱(1)具體包括透明箱本體(1a)、左側(cè)橢圓孔(1b)、右側(cè)橢圓孔(1c)、定滑輪位置孔(1d)、金屬板卡口(1e)、激光筆卡口(1f)及黑紙(1g)等；所述左側(cè)橢圓孔(1b)設(shè)在透明箱本體(1a)左側(cè)面下半位置，方便對透明箱內(nèi)的器件進行操作，如調(diào)整激光筆(8)角度、對煙霧器(9)點火等；所述右側(cè)橢圓孔(1c)設(shè)在透明箱本體(1a)右側(cè)面下半位置，方便對透明箱(1)內(nèi)的器件進行操作，如將鉤碼(6)掛到拉線(4)上等；所述黑紙(1g)粘貼在透明箱(1)后側(cè)面內(nèi)壁作為黑色背景，讓激光光線光跡顯示更加清晰?？尚D(zhuǎn)底座(2)裝在透明箱(1)底部，可以用來旋轉(zhuǎn)透明箱(1)，方便調(diào)整觀察角度。彈性金屬板(3)下端卡到透明箱(1)底面的金屬板卡口(1e)中，彈性金屬板(3)上端懸空，受拉線(4)拉力作用后會產(chǎn)生微小彎曲形變。拉線(4)一端系在彈性金屬板(3)的上端，另一端帶有一個鉤子，可以用來掛鉤碼(6)。定滑輪(5)固定在透明箱(1)的定滑輪位置孔(1d)處，用來改變拉線(4)的拉力方向。鉤碼(6)的質(zhì)量為幾百克為宜，可鉤掛在拉線(4)上。小鏡片(7)粘貼在彈性金屬板(3)的上端左側(cè)面，可隨彈性金屬板(3)微小的彎曲形變而有微小的偏移。激光筆(8)包括激光筆本體(8a)和激光筆底座(8b)，激光筆底座(8b)卡在透明箱(1)的激光筆卡口(1f)中，激光筆本體(8a)的角度可自由調(diào)整，讓其發(fā)出的激光光線可射到小鏡片(7)上并被反射到左側(cè)反光鏡(10)上。煙霧器(9)具體包括煙盒(9a)、煙餅(9b)及煙(9c)，煙盒(9a)內(nèi)裝有煙餅(9b)，點燃后可以產(chǎn)生少量的煙(9c)，可以顯現(xiàn)激光光線(13)的光跡。左側(cè)反光鏡(10)和右側(cè)反光鏡(11)分別粘貼在透明箱(1)的左側(cè)面和右側(cè)面，激光光線(13)可在左側(cè)反光鏡(10)和右側(cè)反光鏡(11)之間來回多次反射。半透明屏幕(12)貼在透明箱(1)的右側(cè)面上端位置，具體包括屏幕本體(12a)和坐標刻度(12b)。

結(jié)合圖4、圖5和圖6，本實用新型的原理具體說明如下：實驗時，讓激光筆(8)發(fā)出的一束激光射到粘貼在彈性金屬板(3)上的小鏡片(7)上并被反射到左側(cè)反光鏡(10)上，接著在左側(cè)反光鏡(10)和右側(cè)反光鏡(11)之間來回多次反射后最終射到半透明屏幕(12)上，其激光光線光跡(13)可在煙霧器(9)產(chǎn)生的煙(9c)中顯現(xiàn)出來，在透明箱()1中可看到一條入射光線(13a)和多條反射光線(13b)。當掛上鉤碼(6)后，彈性金屬板(3)在拉線(4)拉力作用下會發(fā)生微小的彎曲形變并讓小鏡片(7)發(fā)生微小的偏移，此時激光經(jīng)小鏡片(7)反射后的反射光線(13b、13c)會向上偏移(16)，接著在左側(cè)反光鏡(10)和右側(cè)反光鏡(11)之間來回反射次數(shù)越多，反射光線(13b、13c)向上偏移越明顯，同時半透明屏幕(12)上的激光亮點(13d、13e)也向上偏移明顯，具體效果見圖4。當用手(14)快速反復(fù)拉拉線(4)時，彈性金屬板(3)在微小形變及恢復(fù)形變之間不停變換，此時反射光線(13b、13c)會不停上下偏移(16)，由于視覺暫留原理從而可看到多個“激光亮區(qū)”(13f)，具體效果見圖5。

本實用新型的在使用過程中有掛鉤碼法和反復(fù)快速手拉法等兩種演示方法，具體介紹如下：

(1)掛鉤碼法演示實驗

結(jié)合圖4和圖7，實驗時，根據(jù)要求固定好各器件，點燃煙霧器(9)中的煙餅(9b)發(fā)出少量煙(9c)并擴散到整個透明箱(1)，打開激光筆(8)讓其發(fā)出的激光光線可射到小鏡片(7)上并被反射到左側(cè)反光鏡(10)上，接著在左側(cè)反光鏡(10)和右側(cè)反光鏡(11)之間來回多次反射后最終射到半透明屏幕(12)上。此時，在透明箱(1)中可看到一條入射光線(13a)和多條反射光線(13b)。接著在掛線上掛上鉤碼(6)，彈性金屬板(3)在拉線拉力的作用下會發(fā)生微小的彎曲形變并讓小鏡片(7)發(fā)生微小的偏移。此時，可以看到激光經(jīng)小鏡片(7)反射后的反射光線(13b、13c)會向上偏移(16)，接著在左側(cè)反光鏡(10)和右側(cè)反光鏡(11)之間來回反射次數(shù)越多，反射光線(13b、13c)向上偏移(16)越明顯，最終射到半透明屏幕(12)上的激光亮點(13d、13e)也有很明顯的偏移，具體效果見圖4、圖9和圖10。

(2)反復(fù)快速手拉法演示實驗

結(jié)合圖5和圖8，實驗時，根據(jù)要求固定好各器件，點燃煙霧器(9)并打開激光筆(8)。此時，在透明箱(1)中可看到一條入射光線(13a)和多條反射光線(13b)。接著用手(14)用力向下拉拉線(4)，此時可以看到每條反射光線(13b、13c)都會向上偏移，最終射到半透明屏幕(12)上的激光亮點(13d、13e)也有很明顯的向上偏移。再接著松手(14)，此時可以看到每條反射光線又會向下偏移(16)回到原位置。當用手(14)快速反復(fù)拉彈性金屬板(3)時，彈性金屬板(3)在微小形變及恢復(fù)形變之間不停變換，可看到反射光線(13b、13c)不停地上下偏移(16)的動態(tài)變化，由于視覺暫留原理從而可看到多個“激光亮區(qū)”(12f)，實驗現(xiàn)象直觀明顯，具體效果見圖5。

與常規(guī)實驗方法相比，該教具存在優(yōu)點：(1)帶坐標刻度的半透明屏幕不用放到遠處，只需放在透明箱頂部即可；(2)實驗現(xiàn)象不只看到一個光點的移動，可看到多條激光光線的偏移及多個“激光亮區(qū)”，實驗現(xiàn)象直觀明顯；(3)激光沒有射到儀器外面，只在透明箱內(nèi)來回反射，不會誤傷到學生的眼睛，安全可靠。

可見，本實用新型所述的一種微小形變多級光放大演示儀，利用多級光放大原理、煙霧顯示光跡原理及視覺暫留原理，將彈性金屬板的微小形變進行“多級光放大”并用激光光跡顯示出來，實驗原理和方法巧妙，實驗現(xiàn)象直觀明顯，儀器性能安全可靠，體現(xiàn)了教具的科學性、教學性及趣味性。