自制激光水平尺

徐忠岳

（東海中學，浙江 舟山316000）

1 引 言

激光水平尺是建筑、裝飾、機械安裝等行業的常見的檢測儀器．物理學是與上述行業緊密相關的學科，把激光水平尺引入物理教學之中，可以提高教學效果．普通激光水平尺價格較高，平均單價約為1 000元；而自制的“電磁阻尼擺式激光水平尺”除干電池之外，只需約10元的材料成本．另外，自制水平尺的原理和構造比較簡單和直觀，主要應用了電磁阻尼和重力的方向這2個物理，所以它既是檢測工具，又是演示實驗裝置（可以演示電磁阻尼和重力方向的應用），相比工業激光水平尺更具教學意義．自制水平尺可廣泛應用于中小學課堂教學、家庭裝修和其他水平檢測之中．

2 電磁阻尼擺式激光水平尺的制作

電磁阻尼擺式激光水平尺如圖1所示．

圖1 激光水平尺

2．1 器材準備

相機三腳架，紅色水平激光模組1個（功率5 mW），2 mm厚有機玻璃板若干，水準泡1個，鋁片若干（厚度2 mm），帶開關的電池盒1只（可裝3節7號電池），帶螺帽的自行車鋼絲1根（直徑2 mm），圓形釹鐵硼磁鐵1塊（直徑20 mm）．

2．2 制作方法

1）吊籃制作

如圖2所示，用有機玻璃板制作矩形吊籃，籃臂與籃體相互垂直．籃體分為上下兩層，上層安裝水準泡和激光模組．下層能將電池盒緊塞其中，且做成抽屜狀，用于移出電池盒以更換電池．電池盒也相當于游碼，移動電池盒可調節系統的平衡．

圖2 吊籃

在籃體底部粘1塊寬6．5 cm、高5 cm的鋁片．在2個籃臂上方的等高處用電鉆各打1個直徑2 mm小孔，用于懸掛吊籃．用電鉆在籃體上層前后側相同高度處各鉆1個比激光模組直徑稍小的圓孔，然后用小銼刀輕銼小孔，直到可以將激光模組緊塞其中為止．

2）支架制作

如圖3所示，用有機玻璃制作15 cm×8 cm×6 cm的提籃狀支架，在支架的底側用強力膠粘1個小鐵片來吸附磁鐵，為了盡可能減弱磁鐵對電池的吸引作用，磁鐵頂部至少要離開電池盒底部3 cm．在支架底座鉆2個定位孔，以便把支架安裝在相機三腳架上．在支架臂上端鉆2個直徑2 mm小孔，取一段帶螺帽的自行車鋼絲，用于把吊籃懸掛在支架上，從舊家用開關或插座上拆取一個固定螺絲和接線柱，把它們串在鋼絲上，起到限位作用．

圖3 支架

3）激光水平尺的調試

把激光水平尺安裝在三腳架上，放在白墻前．移動電池盒調節平衡，直到水準泡中的水泡位于正中央．取1根長約3 m的透明塑料管，在管中注入清水并掛在墻上．閉合電池盒開關，墻上出現1條紅色的激光線．用尖嘴鉗夾住激光模組并緩慢轉動，直到激光線與塑料管中的2個液面齊平．最后用強力膠固定激光模組．儀器調試好后，如果使用了不同產品的電池，只需移動電池盒進行調平即可，無需再次調節激光模組．

3 自制激光水平尺的特點

1）制作方便且成本低．

2）采用了磁阻尼擺式的自穩方式，非常容易操作，尤其是在對光的傳播方向是否水平不做要求的情況下，此時無需對三腳架進行調平操作，因為支架的傾斜并不會破壞吊籃的左右平衡，所以這樣操作不會影響投影在被檢測面上的激光線的水平程度．

3）如果三腳架達不到所需要的高度或三腳架太高，只需撥動三腳架的控制桿，使水平尺前后傾斜即可．

4 結束語

自制激光水平尺取材容易，制作簡單，使用方便，可以用來改進“伽利略理想斜面”實驗，也可以用于“用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”的演示實驗中，還可以應用于電磁阻尼、單擺、光的衍射等物理演示實驗的教學中．