一種物理實(shí)驗(yàn)用小孔成像裝置的設(shè)計(jì)

程意然 劉濤

摘要： 本文涉及物理實(shí)驗(yàn)附屬裝置的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種物理實(shí)驗(yàn)用小孔成像裝置。該裝置可以根據(jù)蠟燭的燃燒情況，對(duì)火焰的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。裝置通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿帶動(dòng)錐齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)，使得螺紋管在轉(zhuǎn)動(dòng)槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，螺紋管轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺紋桿推動(dòng)橫板上下運(yùn)動(dòng)，橫板向上運(yùn)動(dòng)，使得火焰的高度與小孔到達(dá)一條直線上，可降低實(shí)驗(yàn)器械的使用局限性。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn);小孔成像;火焰高度

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）26-0233-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 概述

物理實(shí)驗(yàn)用小孔成像裝置是一種用于物理實(shí)驗(yàn)課堂上，對(duì)小孔成像原理進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示的輔助裝置，其在物理實(shí)驗(yàn)的領(lǐng)域中得到了廣泛的使用;現(xiàn)有的物理實(shí)驗(yàn)用小孔成像裝置包括底板、立柱、橫板、蠟燭、左輔助板、右輔助板、兩組滑動(dòng)桿、滑動(dòng)座、遮光板、支撐桿和連接板，立柱底端與底板頂端左半?yún)^(qū)域連接，立柱頂端與橫板底端中央?yún)^(qū)域連接，橫板頂端中央?yún)^(qū)域設(shè)置有放置槽，蠟燭底端卡裝至放置槽內(nèi)，左輔助板和右輔助板底端分別與底板頂端左半?yún)^(qū)域和右半?yún)^(qū)域連接，兩組滑動(dòng)桿左端和右端分別與左輔助板右側(cè)壁和右輔助板左側(cè)壁前半?yún)^(qū)域和后半?yún)^(qū)域連接，滑動(dòng)座可滑動(dòng)固定在兩組滑動(dòng)桿上，遮光板底端與滑動(dòng)座頂端中央?yún)^(qū)域連接，遮光板左側(cè)壁上半?yún)^(qū)域橫向設(shè)置有小孔，支撐桿頂端與連接板底端中央?yún)^(qū)域連接，支撐桿底端與底板頂端右半?yún)^(qū)域連接，連接板頂端設(shè)置有毛玻璃屏;現(xiàn)有的物理實(shí)驗(yàn)用小孔成像裝置在使用時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，由于蠟燭自身的燃燒，使得蠟燭的長度減小，使得火焰和小孔較難以一直處于一條直線上，導(dǎo)致其使用局限性較高。

2 技術(shù)內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本文提供一種可根據(jù)蠟燭的燃燒情況，對(duì)火焰的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低使用局限性的物理實(shí)驗(yàn)用小孔成像裝置。

如圖1、圖2所示，本文的一種物理實(shí)驗(yàn)用小孔成像裝置，包括底板1、立柱2、橫板3、蠟燭4、左輔助板5、右輔助板6、兩組滑動(dòng)桿7、滑動(dòng)座8、遮光板9、支撐桿10和連接板11，立柱2底端與底板1頂端左半?yún)^(qū)域連接，橫板3頂端中央?yún)^(qū)域設(shè)置有放置槽，蠟燭4底端卡裝至放置槽內(nèi)，左輔助板5和右輔助板6底端分別與底板1頂端左半?yún)^(qū)域和右半?yún)^(qū)域連接，兩組滑動(dòng)桿7左端和右端分別與左輔助板5右側(cè)壁和右輔助板6左側(cè)壁前半?yún)^(qū)域和后半?yún)^(qū)域連接，滑動(dòng)座8可滑動(dòng)固定在兩組滑動(dòng)桿7上，遮光板9底端與滑動(dòng)座8頂端中央?yún)^(qū)域連接，遮光板9左側(cè)壁上半?yún)^(qū)域橫向設(shè)置有小孔，支撐桿10頂端與連接板11底端中央?yún)^(qū)域連接，支撐桿10底端與底板1頂端右半?yún)^(qū)域連接，連接板11頂端設(shè)置有毛玻璃屏12;還包括中間板13、四組限位桿14、螺紋管15、螺紋桿16、第一錐齒輪17、第二錐齒輪18、支板19、轉(zhuǎn)動(dòng)桿20和轉(zhuǎn)盤21，立柱2頂端與中間板13底端右半?yún)^(qū)域連接，中間板13頂端左前側(cè)、右前側(cè)、左后側(cè)和右后側(cè)分別縱向設(shè)置有四組限位孔，四組限位桿14頂端分別穿過四組限位孔并分別與橫板3底端左前側(cè)、右前側(cè)、左后側(cè)和右后側(cè)連接，中間板13頂端中央?yún)^(qū)域縱向設(shè)置有貫通孔，底板1頂端左半?yún)^(qū)域設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)槽，螺紋管15底端插入至轉(zhuǎn)動(dòng)槽內(nèi)并與轉(zhuǎn)動(dòng)槽內(nèi)側(cè)壁之間設(shè)置有第一滾珠軸承22，螺紋桿16頂端穿過貫通孔并與橫板3底端中央?yún)^(qū)域連接，螺紋桿16底端螺裝至螺紋管15內(nèi)，第二錐齒輪18固定套設(shè)在螺紋管15外側(cè)下半?yún)^(qū)域，支板19底端與底板1頂端左半?yún)^(qū)域連接，支板19左側(cè)壁中央?yún)^(qū)域橫向設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)孔，轉(zhuǎn)動(dòng)桿20左端與轉(zhuǎn)盤21右側(cè)壁中央?yún)^(qū)域連接，轉(zhuǎn)動(dòng)桿20右端穿過轉(zhuǎn)動(dòng)孔并與轉(zhuǎn)動(dòng)孔內(nèi)側(cè)壁之間設(shè)置有第二滾珠軸承23，轉(zhuǎn)動(dòng)桿20右端與第一錐齒輪17左側(cè)壁中央?yún)^(qū)域連接，第一錐齒輪17與第二錐齒輪18嚙合，如圖1、圖2所示：

該裝置，還包括四組擋板24，四組伸縮桿底端分別與四組擋板24頂端中央?yún)^(qū)域連接;四組擋板可分別對(duì)四組限位桿起到限位的作用，提高使用安全性;還包括左穩(wěn)定桿25和右穩(wěn)定桿26，左穩(wěn)定桿25和右穩(wěn)定桿26頂端分別與遮光板9左側(cè)壁和右側(cè)壁下半?yún)^(qū)域連接，左穩(wěn)定桿25和右穩(wěn)定桿26底端分別與滑動(dòng)座8頂端左半?yún)^(qū)域和右半?yún)^(qū)域連接;左穩(wěn)定桿和右穩(wěn)定桿可對(duì)遮光板起到支撐和加固的作用，提高使用穩(wěn)定性，底板1頂端中央?yún)^(qū)域設(shè)置有連接槽，并在連接槽內(nèi)水平排列設(shè)置有多組鋼珠27;滑動(dòng)座底端與多組鋼珠中的部分鋼珠頂端接觸，多組鋼珠可以減小滑動(dòng)座左右滑動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦阻力，提高使用平順性;還包括四組支腿28，四組支腿28頂端分別與底板1底端左前側(cè)、右前側(cè)、左后側(cè)和右后側(cè)連接;四組支腿可對(duì)裝置起到支撐的作用，提高使用穩(wěn)定性;還包括左把手29和右把手30，左把手29右端和右把手30左端分別與底板1左側(cè)壁和右側(cè)壁中央?yún)^(qū)域連接;左把手和右把手可便于工作人員對(duì)裝置進(jìn)行移動(dòng)，提高使用便捷性;還包括搖桿31，搖桿31右端與轉(zhuǎn)盤21左側(cè)壁上半?yún)^(qū)域連接;搖桿使得工作人員對(duì)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)更加省力，提高使用便利性;還包括拉環(huán)32，拉環(huán)32左端與滑動(dòng)座8右側(cè)壁上半?yún)^(qū)域連接;操作人員可通過拉動(dòng)拉環(huán)對(duì)滑動(dòng)座進(jìn)行移動(dòng)，提高使用便捷性。

在工作時(shí)，首先使教室內(nèi)的燈光變暗，點(diǎn)燃蠟燭，使蠟燭的火焰、小孔和毛玻璃屏的中心大致在一條直線上，蠟燭、小孔和毛玻璃屏的距離不宜過大，調(diào)整后，可以在毛玻璃屏上看到蠟燭火焰倒立的實(shí)像，移動(dòng)蠟燭或毛玻璃屏的位置，可以看到，蠟燭距小孔越近或毛玻璃屏距小孔越遠(yuǎn)，得到的像越大，便于學(xué)生對(duì)小孔成像原理的理解，隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，蠟燭的長度變短，火焰的高度低于小孔的高度，工作人員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿帶動(dòng)第一錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合，第一錐齒輪帶動(dòng)第二錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，第二錐齒輪帶動(dòng)螺紋管轉(zhuǎn)動(dòng)，螺紋管可在轉(zhuǎn)動(dòng)槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于四組限位桿對(duì)橫板的限位作用，且螺紋桿的外徑小于貫通孔的內(nèi)徑，使得螺紋桿向上運(yùn)動(dòng)的過程中不會(huì)與貫通孔內(nèi)壁發(fā)生碰撞，螺紋管轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺紋桿推動(dòng)橫板上下運(yùn)動(dòng)，橫板向上運(yùn)動(dòng)，使得火焰的高度與小孔到達(dá)一條直線上，可降低使用局限性;四組擋板可分別對(duì)四組限位桿起到限位的作用，提高使用安全性;左穩(wěn)定桿和右穩(wěn)定桿可對(duì)遮光板起到支撐和加固的作用，提高使用穩(wěn)定性;滑動(dòng)座底端與多組鋼珠中的部分鋼珠頂端接觸，多組鋼珠可以減小滑動(dòng)座左右滑動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦阻力，提高使用平順性;四組支腿可對(duì)裝置起到支撐的作用，提高使用穩(wěn)定性;左把手和右把手可便于工作人員對(duì)裝置進(jìn)行移動(dòng)，提高使用便捷性;搖桿使得工作人員對(duì)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)更加省力，提高使用便利性;操作人員可通過拉動(dòng)拉環(huán)對(duì)滑動(dòng)座進(jìn)行移動(dòng)，提高使用便捷性。

3 結(jié)論

本文改進(jìn)了現(xiàn)有的小孔成像裝置，通過簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整蠟燭的位置，避免因蠟燭燃燒導(dǎo)致的火焰高度的改變而影響實(shí)驗(yàn)效果，適應(yīng)行強(qiáng)。以上所述部件的安裝方式、連接方式均為常見機(jī)械方式，并且其所有部件的具體結(jié)構(gòu)、型號(hào)均為其自帶技術(shù)，只要能夠達(dá)成其有益效果的均可實(shí)施，故不在多加贅述。

參考文獻(xiàn)：

[1] 程意然.一種物理實(shí)驗(yàn)用小孔成像裝置[J].中國，2019，7（30）.

【通聯(lián)編輯：光文玲】