一种物理实验用小孔成像装置的设计

程意然 刘涛

摘要： 本文涉及物理实验附属装置的技术领域，特别是涉及一种物理实验用小孔成像装置。该装置可以根据蜡烛的燃烧情况，对火焰的高度进行调节。装置通过转动转盘，转盘带动转动杆转动，转动杆带动锥齿轮组转动，使得螺纹管在转动槽内转动，螺纹管转动时，螺纹杆推动横板上下运动，横板向上运动，使得火焰的高度与小孔到达一条直线上，可降低实验器械的使用局限性。

关键词：物理实验;小孔成像;火焰高度

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）26-0233-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 概述

物理实验用小孔成像装置是一种用于物理实验课堂上，对小孔成像原理进行现场演示的辅助装置，其在物理实验的领域中得到了广泛的使用;现有的物理实验用小孔成像装置包括底板、立柱、横板、蜡烛、左辅助板、右辅助板、两组滑动杆、滑动座、遮光板、支撑杆和连接板，立柱底端与底板顶端左半区域连接，立柱顶端与横板底端中央区域连接，横板顶端中央区域设置有放置槽，蜡烛底端卡装至放置槽内，左辅助板和右辅助板底端分别与底板顶端左半区域和右半区域连接，两组滑动杆左端和右端分别与左辅助板右侧壁和右辅助板左侧壁前半区域和后半区域连接，滑动座可滑动固定在两组滑动杆上，遮光板底端与滑动座顶端中央区域连接，遮光板左侧壁上半区域横向设置有小孔，支撑杆顶端与连接板底端中央区域连接，支撑杆底端与底板顶端右半区域连接，连接板顶端设置有毛玻璃屏;现有的物理实验用小孔成像装置在使用时发现，随着实验的进行，由于蜡烛自身的燃烧，使得蜡烛的长度减小，使得火焰和小孔较难以一直处于一条直线上，导致其使用局限性较高。

2 技术内容

为解决上述技术问题，本文提供一種可根据蜡烛的燃烧情况，对火焰的高度进行调节，降低使用局限性的物理实验用小孔成像装置。

如图1、图2所示，本文的一种物理实验用小孔成像装置，包括底板1、立柱2、横板3、蜡烛4、左辅助板5、右辅助板6、两组滑动杆7、滑动座8、遮光板9、支撑杆10和连接板11，立柱2底端与底板1顶端左半区域连接，横板3顶端中央区域设置有放置槽，蜡烛4底端卡装至放置槽内，左辅助板5和右辅助板6底端分别与底板1顶端左半区域和右半区域连接，两组滑动杆7左端和右端分别与左辅助板5右侧壁和右辅助板6左侧壁前半区域和后半区域连接，滑动座8可滑动固定在两组滑动杆7上，遮光板9底端与滑动座8顶端中央区域连接，遮光板9左侧壁上半区域横向设置有小孔，支撑杆10顶端与连接板11底端中央区域连接，支撑杆10底端与底板1顶端右半区域连接，连接板11顶端设置有毛玻璃屏12;还包括中间板13、四组限位杆14、螺纹管15、螺纹杆16、第一锥齿轮17、第二锥齿轮18、支板19、转动杆20和转盘21，立柱2顶端与中间板13底端右半区域连接，中间板13顶端左前侧、右前侧、左后侧和右后侧分别纵向设置有四组限位孔，四组限位杆14顶端分别穿过四组限位孔并分别与横板3底端左前侧、右前侧、左后侧和右后侧连接，中间板13顶端中央区域纵向设置有贯通孔，底板1顶端左半区域设置有转动槽，螺纹管15底端插入至转动槽内并与转动槽内侧壁之间设置有第一滚珠轴承22，螺纹杆16顶端穿过贯通孔并与横板3底端中央区域连接，螺纹杆16底端螺装至螺纹管15内，第二锥齿轮18固定套设在螺纹管15外侧下半区域，支板19底端与底板1顶端左半区域连接，支板19左侧壁中央区域横向设置有转动孔，转动杆20左端与转盘21右侧壁中央区域连接，转动杆20右端穿过转动孔并与转动孔内侧壁之间设置有第二滚珠轴承23，转动杆20右端与第一锥齿轮17左侧壁中央区域连接，第一锥齿轮17与第二锥齿轮18啮合，如图1、图2所示：

该装置，还包括四组挡板24，四组伸缩杆底端分别与四组挡板24顶端中央区域连接;四组挡板可分别对四组限位杆起到限位的作用，提高使用安全性;还包括左稳定杆25和右稳定杆26，左稳定杆25和右稳定杆26顶端分别与遮光板9左侧壁和右侧壁下半区域连接，左稳定杆25和右稳定杆26底端分别与滑动座8顶端左半区域和右半区域连接;左稳定杆和右稳定杆可对遮光板起到支撑和加固的作用，提高使用稳定性，底板1顶端中央区域设置有连接槽，并在连接槽内水平排列设置有多组钢珠27;滑动座底端与多组钢珠中的部分钢珠顶端接触，多组钢珠可以减小滑动座左右滑动时所产生的摩擦阻力，提高使用平顺性;还包括四组支腿28，四组支腿28顶端分别与底板1底端左前侧、右前侧、左后侧和右后侧连接;四组支腿可对装置起到支撑的作用，提高使用稳定性;还包括左把手29和右把手30，左把手29右端和右把手30左端分别与底板1左侧壁和右侧壁中央区域连接;左把手和右把手可便于工作人员对装置进行移动，提高使用便捷性;还包括摇杆31，摇杆31右端与转盘21左侧壁上半区域连接;摇杆使得工作人员对转盘进行转动时更加省力，提高使用便利性;还包括拉环32，拉环32左端与滑动座8右侧壁上半区域连接;操作人员可通过拉动拉环对滑动座进行移动，提高使用便捷性。

在工作时，首先使教室内的灯光变暗，点燃蜡烛，使蜡烛的火焰、小孔和毛玻璃屏的中心大致在一条直线上，蜡烛、小孔和毛玻璃屏的距离不宜过大，调整后，可以在毛玻璃屏上看到蜡烛火焰倒立的实像，移动蜡烛或毛玻璃屏的位置，可以看到，蜡烛距小孔越近或毛玻璃屏距小孔越远，得到的像越大，便于学生对小孔成像原理的理解，随着实验的进行，蜡烛的长度变短，火焰的高度低于小孔的高度，工作人员转动转盘，转盘带动转动杆转动，转动杆带动第一锥齿轮转动，由于第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，第一锥齿轮带动第二锥齿轮转动，第二锥齿轮带动螺纹管转动，螺纹管可在转动槽内转动，由于四组限位杆对横板的限位作用，且螺纹杆的外径小于贯通孔的内径，使得螺纹杆向上运动的过程中不会与贯通孔内壁发生碰撞，螺纹管转动时，螺纹杆推动横板上下运动，横板向上运动，使得火焰的高度与小孔到达一条直线上，可降低使用局限性;四组挡板可分别对四组限位杆起到限位的作用，提高使用安全性;左稳定杆和右稳定杆可对遮光板起到支撑和加固的作用，提高使用稳定性;滑动座底端与多组钢珠中的部分钢珠顶端接触，多组钢珠可以减小滑动座左右滑动时所产生的摩擦阻力，提高使用平顺性;四组支腿可对装置起到支撑的作用，提高使用稳定性;左把手和右把手可便于工作人员对装置进行移动，提高使用便捷性;摇杆使得工作人员对转盘进行转动时更加省力，提高使用便利性;操作人员可通过拉动拉环对滑动座进行移动，提高使用便捷性。

3 结论

本文改进了现有的小孔成像装置，通过简单的机械结构调整蜡烛的位置，避免因蜡烛燃烧导致的火焰高度的改变而影响实验效果，适应行强。以上所述部件的安装方式、连接方式均为常见机械方式，并且其所有部件的具体结构、型号均为其自带技术，只要能够达成其有益效果的均可实施，故不在多加赘述。

参考文献：

[1] 程意然.一种物理实验用小孔成像装置[J].中国，2019，7（30）.

【通联编辑：光文玲】