一種物理實驗用小孔成像裝置的設計

程意然 劉濤

摘要： 本文涉及物理實驗附屬裝置的技術領域，特別是涉及一種物理實驗用小孔成像裝置。該裝置可以根據蠟燭的燃燒情況，對火焰的高度進行調節。裝置通過轉動轉盤，轉盤帶動轉動桿轉動，轉動桿帶動錐齒輪組轉動，使得螺紋管在轉動槽內轉動，螺紋管轉動時，螺紋桿推動橫板上下運動，橫板向上運動，使得火焰的高度與小孔到達一條直線上，可降低實驗器械的使用局限性。

關鍵詞：物理實驗;小孔成像;火焰高度

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）26-0233-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 概述

物理實驗用小孔成像裝置是一種用于物理實驗課堂上，對小孔成像原理進行現場演示的輔助裝置，其在物理實驗的領域中得到了廣泛的使用;現有的物理實驗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、兩組滑動桿、滑動座、遮光板、支撐桿和連接板，立柱底端與底板頂端左半區域連接，立柱頂端與橫板底端中央區域連接，橫板頂端中央區域設置有放置槽，蠟燭底端卡裝至放置槽內，左輔助板和右輔助板底端分別與底板頂端左半區域和右半區域連接，兩組滑動桿左端和右端分別與左輔助板右側壁和右輔助板左側壁前半區域和后半區域連接，滑動座可滑動固定在兩組滑動桿上，遮光板底端與滑動座頂端中央區域連接，遮光板左側壁上半區域橫向設置有小孔，支撐桿頂端與連接板底端中央區域連接，支撐桿底端與底板頂端右半區域連接，連接板頂端設置有毛玻璃屏;現有的物理實驗用小孔成像裝置在使用時發現，隨著實驗的進行，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，導致其使用局限性較高。

2 技術內容

為解決上述技術問題，本文提供一種可根據蠟燭的燃燒情況，對火焰的高度進行調節，降低使用局限性的物理實驗用小孔成像裝置。

如圖1、圖2所示，本文的一種物理實驗用小孔成像裝置，包括底板1、立柱2、橫板3、蠟燭4、左輔助板5、右輔助板6、兩組滑動桿7、滑動座8、遮光板9、支撐桿10和連接板11，立柱2底端與底板1頂端左半區域連接，橫板3頂端中央區域設置有放置槽，蠟燭4底端卡裝至放置槽內，左輔助板5和右輔助板6底端分別與底板1頂端左半區域和右半區域連接，兩組滑動桿7左端和右端分別與左輔助板5右側壁和右輔助板6左側壁前半區域和后半區域連接，滑動座8可滑動固定在兩組滑動桿7上，遮光板9底端與滑動座8頂端中央區域連接，遮光板9左側壁上半區域橫向設置有小孔，支撐桿10頂端與連接板11底端中央區域連接，支撐桿10底端與底板1頂端右半區域連接，連接板11頂端設置有毛玻璃屏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、轉動桿20和轉盤21，立柱2頂端與中間板13底端右半區域連接，中間板13頂端左前側、右前側、左后側和右后側分別縱向設置有四組限位孔，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、右前側、左后側和右后側連接，中間板13頂端中央區域縱向設置有貫通孔，底板1頂端左半區域設置有轉動槽，螺紋管15底端插入至轉動槽內并與轉動槽內側壁之間設置有第一滾珠軸承22，螺紋桿16頂端穿過貫通孔并與橫板3底端中央區域連接，螺紋桿16底端螺裝至螺紋管15內，第二錐齒輪18固定套設在螺紋管15外側下半區域，支板19底端與底板1頂端左半區域連接，支板19左側壁中央區域橫向設置有轉動孔，轉動桿20左端與轉盤21右側壁中央區域連接，轉動桿20右端穿過轉動孔并與轉動孔內側壁之間設置有第二滾珠軸承23，轉動桿20右端與第一錐齒輪17左側壁中央區域連接，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頂端中央區域連接;四組擋板可分別對四組限位桿起到限位的作用，提高使用安全性;還包括左穩定桿25和右穩定桿26，左穩定桿25和右穩定桿26頂端分別與遮光板9左側壁和右側壁下半區域連接，左穩定桿25和右穩定桿26底端分別與滑動座8頂端左半區域和右半區域連接;左穩定桿和右穩定桿可對遮光板起到支撐和加固的作用，提高使用穩定性，底板1頂端中央區域設置有連接槽，并在連接槽內水平排列設置有多組鋼珠27;滑動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座左右滑動時所產生的摩擦阻力，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、右前側、左后側和右后側連接;四組支腿可對裝置起到支撐的作用，提高使用穩定性;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左側壁和右側壁中央區域連接;左把手和右把手可便于工作人員對裝置進行移動，提高使用便捷性;還包括搖桿31，搖桿31右端與轉盤21左側壁上半區域連接;搖桿使得工作人員對轉盤進行轉動時更加省力，提高使用便利性;還包括拉環32，拉環32左端與滑動座8右側壁上半區域連接;操作人員可通過拉動拉環對滑動座進行移動，提高使用便捷性。

在工作時，首先使教室內的燈光變暗，點燃蠟燭，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，調整后，可以在毛玻璃屏上看到蠟燭火焰倒立的實像，移動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，得到的像越大，便于學生對小孔成像原理的理解，隨著實驗的進行，蠟燭的長度變短，火焰的高度低于小孔的高度，工作人員轉動轉盤，轉盤帶動轉動桿轉動，轉動桿帶動第一錐齒輪轉動，由于第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合，第一錐齒輪帶動第二錐齒輪轉動，第二錐齒輪帶動螺紋管轉動，螺紋管可在轉動槽內轉動，由于四組限位桿對橫板的限位作用，且螺紋桿的外徑小于貫通孔的內徑，使得螺紋桿向上運動的過程中不會與貫通孔內壁發生碰撞，螺紋管轉動時，螺紋桿推動橫板上下運動，橫板向上運動，使得火焰的高度與小孔到達一條直線上，可降低使用局限性;四組擋板可分別對四組限位桿起到限位的作用，提高使用安全性;左穩定桿和右穩定桿可對遮光板起到支撐和加固的作用，提高使用穩定性;滑動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座左右滑動時所產生的摩擦阻力，提高使用平順性;四組支腿可對裝置起到支撐的作用，提高使用穩定性;左把手和右把手可便于工作人員對裝置進行移動，提高使用便捷性;搖桿使得工作人員對轉盤進行轉動時更加省力，提高使用便利性;操作人員可通過拉動拉環對滑動座進行移動，提高使用便捷性。

3 結論

本文改進了現有的小孔成像裝置，通過簡單的機械結構調整蠟燭的位置，避免因蠟燭燃燒導致的火焰高度的改變而影響實驗效果，適應行強。以上所述部件的安裝方式、連接方式均為常見機械方式，并且其所有部件的具體結構、型號均為其自帶技術，只要能夠達成其有益效果的均可實施，故不在多加贅述。

參考文獻：

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

【通聯編輯：光文玲】