便携式几何光学定律演示仪的制作，本文主要内容关键词为：定律论文,几何论文,光学论文,演示论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
实验是物理教学的基础，不论是初中物理，还是高中物理，在讲授光的反射定律、折射定律以及全反射现象时，都需要配以演示实验。现在的几何光学演示仪器的激光光源笨重，还要使用交流电源，携带不便，并且不方便演示光从水中射向空气时的全反射现象。为克服这些不便，笔者利用钢笔式激光玩具作为光源，制作了一套便携式几何光学定律演示仪。该仪器为单一专用仪器，体积不大，组合安装简便。在教学中应用后，教师与学生普遍反映演示直观、操作简便、仪器轻巧、应用方便、使用频率高、效果好。而且还解决了光屏与水面间的浸润现象对光路产生的影响，使折射效果准确清晰。
一、材料选择与制作
1.光源——一种镶嵌式新型高亮度的光源。选用激光器如图1所示。先将安装电池的那部分锯掉，将电源线引出，然后用透明有机玻璃棒制作2个半柱面镜（直径8mm），将半柱面镜分别粘在2个激光器A和B前端，将点光源变为线光源，这样可消除光屏与水面间浸润现象对光路的影响。这是因为浸润液体与容器表面之间会形成凹液面，如果是点光源就会由于光线在凹液面折射而不能沿光屏表面产生光路，改为线光源才可在光屏表面留下清晰的光路。最后，用玻璃密封胶对水中的激光器做防水处理。
2.用有机玻璃制作一圆盘光屏衬板，衬板直径280mm，中心钻一个4mm的孔，用以安装M4的机制螺杆，在中心水平线上方25mm处两端各接一个盘卡，用来把圆盘固定在水槽的竖直面上。另选择一种具有漫反射效果的白色PVC塑料板（增加光路清晰度），经过电脑刻绘分度（每隔15°刻线）后粘接在圆盘光屏衬板上。
3.用有机玻璃制作一个水槽，正面用透明的有机玻璃板，侧面和背面用深色不透明的有机玻璃板，底座4角安装4个调节螺丝，用来调节水面与圆盘光屏的水平线重合。水槽的背面安装一个有机玻璃电池盒（长7cm、宽7cm、厚2cm），用来装3节5号电池。旁边安装1个双向开关和3根电源线，用以分别向空气中和水中的激光器供电。左下角安装1个水阀（实验后放水）。水槽尺寸宽380mm、高220mm、厚60mm。
4.用360mm×20mm×4mm的铝合金扁条，在中心处钻一个4mm的孔，两端分别安装激光器A（空气中）和B（水中），同时使激光器前面的半圆柱面镜垂直铝合金扁条，然后将支架安装在光屏中心螺杆上用螺帽固定，但可使2激光器沿圆盘周边转动。
5.用深色有机玻璃经过暖风机慢慢烘烤成半圆弧，粘接在一块同样深色玻璃板制成的半圆面上制作一个半圆形遮光罩，遮光罩的半径为140mm，边宽60mm，两边粘上卡子，用以将遮光罩固定在水槽上方。
整个装置如图2所示。
A和B为激光光源，C为遮光罩
二、使用方法
1.将光屏卡在水槽上，连接激光器光源线插件。定性演示时，可以将半圆玻璃砖、方形玻璃砖等用双面胶粘在光屏中央，直边对齐零刻度线，即可演示光路在玻璃与空气中发生的反射和折射。同样，也可以将三棱镜粘在光屏中央，演示三棱镜对光线的折射和部分反射，还可加入水演示光路在空气与水中的折射。
2.定量实验的具体操作
（1）水槽中加水，加到光屏中心水平线，调节底座调节脚螺丝使水面与光屏中心水平线一致。然后卡上遮光罩，操作背面双向开关即可演示。
（2）将电源开关拨向上方，空气中激光器A发光，转动光源支架使入射角到适当的位置，此刻可以演示光从空气中射入水面所发生的反射和折射现象的定量关系。将电源开关拨向下方，水中激光器B发光，转动光源支架，使入射角转到适当位置，此时可以显示光从水中射入空气中所发生的反射、折射现象的定量关系。
通过空气中和水中2激光器的转换发光，可以演示光路可逆。例如开关拨向上方让光由空气入射到水面，从光屏分度上读出入射角为α时，折射角为β。开关再拨向下方，光由水入射到空气，入射角为β时，折射角必定为α，此时，可看出由光疏介质到光密介质和由光密介质到光疏介质的光路可逆。在不断增大由水中射向空气的入射角时，可观察到反射光的亮度（能量）增大、折射光的亮度减小，直至发生临界现象，继续增大入射角就可观察到光在水中的全反射现象。
（3）实验完毕后，将开关拨至中间位置即是关闭电源，不用搬动仪器，打开水阀将水放掉即可。便携式几何光学定律演示仪是一件使用方便、效果良好的自制教具。但任何事都不可能尽善尽美，在此，笔者希望有更多的同行提出更多更好的建议，以便我们的教学仪器能更好地满足教师和同学们的需要，为教学服务做出一点贡献。