一、項(xiàng)目背景
　　
　　長期以來，為能使學(xué)生探討研究、理解掌握幾何光學(xué)中的一些現(xiàn)象和規(guī)律，科學(xué)教育工作者經(jīng)常采用一些方法制作器材，如用煙霧顯示光路、用長且笨重的光距座進(jìn)行凸透鏡成像規(guī)律的探究。但是用煙霧顯示光路，煙霧的濃淡難以控制以至于很難清晰地顯示光路；傳統(tǒng)的用光距座進(jìn)行凸透鏡成像規(guī)律的探究，不僅光距座笨重，不易攜帶，而且移動(dòng)、調(diào)節(jié)光學(xué)器件也不方便靈活。為避免這些缺點(diǎn)，筆者利用超聲波高頻振蕩器將水霧化為1～5微米粒子，來清晰地顯示光在空氣中的光路，將光距座改為火車鐵軌式軌道，用小車代替光距座上的滑塊，這樣在安裝和移動(dòng)物體(如蠟燭、本教具所設(shè)計(jì)的雙箭頭發(fā)光二極管)、光屏、面鏡或透鏡時(shí)，會(huì)更方便、更容易：把軌道制成兩節(jié)，不用時(shí)疊放在一起。整個(gè)裝置折疊成一個(gè)箱子，便于攜帶和存放；所有實(shí)驗(yàn)在三面遮光一面透明的箱子里進(jìn)行，黑體的箱子使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯。采用拉桿天線式支桿，便于調(diào)節(jié)物體、光屏或透鏡的高度；采用發(fā)光二極管制成雙箭頭發(fā)光體代替蠟燭，避免了燃燒蠟燭帶來的各種污染。基于以上原因，筆者制作了多功能科學(xué)探究箱(光學(xué)部分)。
　　
　　二、制作材料
　　
　　厚木板35cm×25cm一塊(A)、薄木板35cm×25cm二塊(M、N)、厚木板35cm×25cm一塊(D)、木條35cm×5cm×3cm二個(gè)、薄木板35cm×9cm四塊(H、J、R、Q)、長35cm L形鋁條一根(L)、薄木板15cm×9cm一塊、薄木板35cm×12cm四塊(X、Y、y1、rp)、鋁片制成的類似鐵路軌道的小車軌道35cm×9cm二片和15cm×9cm一片、中心帶槽小車三個(gè)、三面黑色一面透明底帶透明直徑為5cm圓桶(K)、大小為25cm×20cm×6cm水槽一個(gè)、長螺絲釘和螺絲釘帽一套、可微調(diào)的透鏡裝ghRPnrIWgtJ4jNcGthFg/w==置(包括滑動(dòng)槽、滑動(dòng)卡片hp及其透鏡箍T)z一套、兩節(jié)拉桿式支柱四個(gè)、橡皮膠塞(能剛好放進(jìn)小車中心槽中)四個(gè)、眼輪廓模型一個(gè)、長圓方形光屏各一個(gè)、用紅綠發(fā)光二極管制成的雙箭頭發(fā)光體一個(gè)、寬20cm的保鮮薄膜一卷、激光手電三個(gè)、長35cmU形鋁桿一根。
　　
　　三、制作方法
　　
　　1　箱體的制作
　　(1)將木條35cm×5cm×3cm3刻成如圖2所示平睡凹形槽二個(gè)(U和V)；
　　(2)將U和V釘在木板A上，u和V的距離為能使薄木板M和N在木槽中來回抽動(dòng)，如圖3所示：
　　(3)水箱G(中心有孔K，孔K的作用為由帶狹縫的光源向水中提供平行光)安裝在木條V上，并使其固定在木板A上，如圖4所示：
　　(4)在水槽G前底座上固定一根L形鋁條L，木板D垂直固定在L和G底板上，并能使薄木板M、N在L與D底部所形成的槽中拉動(dòng)：
　　(5)長螺絲釘固定在底板的中心?？晌⒄{(diào)的透鏡裝置(包括滑動(dòng)槽、滑動(dòng)卡片hp及其透鏡箍T)用螺母安裝在長螺絲頂端，如圖1所示：
　　(6)u形鋁條固定在底板的邊緣靠近并平行于木板U：
　　(7)兩片長鋁制軌道分別粘在木板H和J上，短的粘在木板S上，并能分別通過UV槽口的兩端水平插入U(xiǎn)V之間，如圖1所示；
　　(8)薄木板(x)(Y)上方的中心位置各開一長5mm寬1cm的口，然后用靠連分別與薄木板(M)和(N)相連，如圖1所示。
　　2　附件的制作和配備
　　(1)在薄木板(y1)和(yp)上方各鉆一直徑為6cm的圓孔。在右下方各開一個(gè)長2.5cm的小口，如圖5所示。眼輪廓模型和圓方形光屏分別固定在木板(y1)　(yp)的圓孔上；
　　(2)長方形光屏、兩個(gè)凸透鏡和一個(gè)凹透鏡分別固定在4根拉桿天線式支架上，支架插入橡皮膠塞中，如圖6所示。
　　
　　三、使用方法
　　
　　1　超聲波高頻振蕩器接通電源，用塑料管將其產(chǎn)生的水霧通入水槽G中，用激光手電光以不同角度射入水中，探討研究光從密度小的介質(zhì)射向高密度介質(zhì)中光的反射、直射現(xiàn)象。把激光手電光放人孔 K中，以不同角度射入水中，探討研究光從密度大的介質(zhì)射向密度小的介質(zhì)中光的反射、直射現(xiàn)象和全反射現(xiàn)象。
　　2　帶有眼輪廓模型和圓方形光屏的木板(y1)　(yp)下端條形口分別卡在L形鋁條上。帶軌道的木板S通過UV槽口水平插入U(xiǎn)V之間，薄木板Q蓋在上口，帶凸或凹透鏡的小車放在軌道上，通入水霧進(jìn)行遠(yuǎn)近視眼產(chǎn)生的原因及其矯正的研究，如圖7所示。
　　3　帶有鋁軌的木板H和J通過UV槽口的兩端水平插入U(xiǎn)V之間，木板X和M、Y和N沿L鋁條緊貼木板G插入L鋁條與木板G形成的槽口中，把需要的光學(xué)器件放在小車上，再將小車放在軌道的適當(dāng)位置，上口蓋上木板R和Q，用保鮮薄膜封閉正面，如圖1所示。然后通入水霧進(jìn)行凸凹透鏡作用的演示、凸透鏡成像規(guī)律的探究、各種面鏡反射特點(diǎn)的演示。
　　在上面的實(shí)驗(yàn)過程中，水霧進(jìn)入箱子或水槽時(shí)會(huì)很快充滿箱內(nèi)整個(gè)空間，通過調(diào)節(jié)超聲波高頻振蕩器功率旋鈕可以改變水霧的濃淡。使光路清晰可見。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，把木板M和N插入U(xiǎn)形鋁條中，由木板M、N、X、Y水槽和底板A組成一個(gè)箱子，其他器件一并放入箱內(nèi)，以防丟失。
　　
　　四、科學(xué)原理
　　
　　1　光路的顯示方法
　　多功能科學(xué)探究箱(光學(xué)部分)是一種利用超聲波聲波高頻振蕩器使水產(chǎn)生的1～5微米粒子，大量的1-5微米粒子能夠游蕩在空氣中形成水霧，光照射到1—5微米粒子會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象，當(dāng)一束光(如激光手電射出來的光線)穿過水霧時(shí)我們便可以看到光路。
　　2　可伸縮鐵軌式導(dǎo)軌
　　在進(jìn)行諸如凸透鏡成像規(guī)律探究時(shí)。要移動(dòng)物體、光屏或凸透鏡，傳統(tǒng)的移動(dòng)方法是在光距座上移動(dòng)滑塊，但通常因?yàn)槟Σ亮^大使移動(dòng)不靈活。笨重的光距座也給使用帶來了不方便。為此改為用鋁片制作類似鐵路軌道的導(dǎo)軌，滾動(dòng)產(chǎn)生的摩擦是很小的，當(dāng)載有諸如發(fā)光物體(如蠟燭、用發(fā)光二極管制成的帶箭頭的發(fā)光體)、光屏、反射光或透射光光學(xué)器件在其上時(shí)就能自由移動(dòng)和定位；導(dǎo)軌在箱底座木槽中可以自由伸縮，當(dāng)實(shí)驗(yàn)完成后將其縮并成一個(gè)箱子。便于攜帶和存放。
　　3　光在兩種介質(zhì)中通過時(shí)光路的同時(shí)顯示
　　通常我們不易使光在兩種介質(zhì)中通過時(shí)其路徑同時(shí)顯示(如光從空氣射向水中)。超聲波聲波高頻振蕩器能使水產(chǎn)生的水霧漂浮在水上，控制超聲波聲波高頻振蕩器的功率使其產(chǎn)生適當(dāng)?shù)乃F，向水中滴入微量牛奶，當(dāng)光在這兩種介質(zhì)中穿過就能同時(shí)清晰看到光從空氣射向水中或光從水中射向空氣中的光路，從而方便地進(jìn)行光的反射、折射、全反射的研究。
　　4　拉桿天線式支桿
　　采用拉桿天線式支架，上下桿相接觸之間依靠有彈性的銅片增強(qiáng)摩擦力能使支架可以伸縮在需要的高度。物體、光屏或鏡片粘在支架的頂端，其高度就可以通過伸縮支架進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　　5　用發(fā)光二極管制作發(fā)光體
　　用紅綠發(fā)光二極管制作成雙箭頭的發(fā)光體取代傳統(tǒng)教學(xué)中使用的蠟燭，既方便又避免了污染，節(jié)約了能源。
　　
　　評(píng)委點(diǎn)評(píng)
　　
　　本發(fā)明的創(chuàng)新在于應(yīng)用了一種新的介質(zhì)(即利用超聲波的高頻振蕩將水霧化)，來顯示光在空氣中的光路，創(chuàng)新的原理具有可行性，因此為教具的改進(jìn)又跨進(jìn)了一