[实用新型]凸透镜成像实验演示装置

说明书

技术领域

本实用新型关于一种光学实验演示装置，尤其涉及一种凸透镜成像实验演示装置及方法。

背景技术

凸透镜成像规律实验是中学教材中重要物理实验，在课堂中顺利探究该实验显得非常重要。凸透镜成像规律实验目的是通过借助特定的教学设备引导学生认知凸透镜的成像规律。完成凸透镜成像规律实验所需的教学设备主要包括基座、凸透镜、光源和光屏等部件。实验时，在凸透镜的两侧分别放置光源和光屏，通过移动光源或光屏相对于凸透镜的距离，使得光源在光屏上成清晰的像。

但是，在实验中会存在以下问题：为了寻找在光屏上清晰的像，不知道如何移动光屏，存在一定的盲目性，花费较多探究时间，同时在寻找物距与像距之间的关系用去较多探究时间，若能设计一个能直接显示物距、像距的大小并正确表明两者之间关系的仪器，就可节约实验探究时间。

另外，如何判断在光屏上像的清晰度，也存在一定盲目性。目前在教学中，所用光源通常为蜡烛，但以蜡烛为光源存在较多的缺陷。例如蜡烛烛焰裸露在空气中，易受气流影响而晃动，光源稳定性差，导致烛焰和烛焰的像的高度不便于测量；随着蜡烛的燃烧，蜡烛的高度在减小，烛焰的像随之往上移动，成像高度测量不稳定；使用蜡烛作为光源时，最清晰的像的位置不易确定。还例如，使用蜡烛进行实验，具有一定的不安全性；蜡烛燃烧产生的气体和冒出的黑烟，让实验者感觉不舒服；滴下来的蜡不便于清理，易污染放置光源。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的之一在于提供一种凸透镜成像实验演示装置及演示方法，以解决现有技术中成像清晰度不易判断、光源亮度不稳定、像的上、下或左、右不易识别以及寻找物距与像距之间的关系花费过多时间等问题。

为达上述目的，本实用新型提供一种凸透镜成像实验演示装置，该凸透镜成像实验演示装置包括：光具座；LED光源板，设置于该光具座上，该LED光源板上固定有由复数个LED所组成的光源体，该光源体具有能区分上、下、左、右的形状或颜色或形状及颜色；光屏，设置于该光具座上；凸透镜，设置于该光具座上，且该凸透镜位于该光屏与该LED光源板之间，该凸透镜、该光屏以及该LED光源板的水平中心线在同一条直线上；红外线传感器，设置于该凸透镜处，该红外线传感器用以测量该凸透镜与该LED光源板之间的距离以及该凸透镜与该光屏之间的距离；以及数据处理器，耦接于该红外线传感器，接收该红外线传感器的测量结果并进行数据处理，以获取该凸透镜的焦距，并实时显示该凸透镜与该LED光源板之间的距离、该凸透镜与该光屏之间的距离以及该焦距之间的关系。

作为可选的技术方案，该光源体为“6”字形光源，且该“6”字形光源的闭合部分与非闭合部分的颜色相异。

作为可选的技术方案，该光具座上设有轨道，该轨道上设置有沿该轨道滑动的光屏支座、凸透镜支座和光源支座，该光屏支座与该光屏相联接，该凸透镜支座与该凸透镜相联接，该光源支座与该LED光源板相联接。

作为可选的技术方案，该数据处理器上具有显示屏幕；或者该数据处理器与该显示屏幕耦接，该显示屏幕用以显示该焦距以及显示该凸透镜与该LED光源板之间的距离、该凸透镜与该光屏之间的距离以及该焦距之间的关系。

作为可选的技术方案，该红外线传感器固定于该凸透镜上或固定于安装该凸透镜的凸透镜支座上。

本实用新型还提供一种凸透镜成像实验演示方法，该演示方法包括:步骤S1，提供如权利要求1-5中任意一项所述的凸透镜成像实验演示装置；步骤S2，调整该LED光源板使其位于该光具座的第一位置，开启该LED光源板上的光源体，移动该光屏至该光屏上出现清晰的像，该红外线传感器测量获取该凸透镜与该LED光源板之间的第一距离以及该凸透镜与该光屏之间的第二距离，该数据处理器接收该第一距离以及该第二距离以获取该凸透镜的该第一焦距；以及步骤S3，移动该LED光源板使其位于该光具座的第二位置，并移动该光屏，调整该凸透镜与该LED光源板之间的距离以及该凸透镜与该光屏之间的距离，该数据处理器接收该红外线传感器实时测量的该凸透镜与该LED光源板之间的距离以及该凸透镜与该光屏之间的距离，并实时显示该凸透镜与该LED光源板之间的距离、该凸透镜与该光屏之间的距离以及该第一焦距之间的关系。