“旋光实验演示装置”的原理和制作

郝杰

(南京化工职业技术学院,南京 210048)

“旋光实验演示装置”的原理和制作

郝杰

(南京化工职业技术学院,南京 210048)

利用半透反射平面镜的分光作用改进旋光实验仪,实现用数字和视频图像展示旋光实验过程的三分视场调节。

旋光仪;三分视场;零视场

笔者在传统旋光仪的基础上做了些改进,用CCD、视频显示器、光电池、微电流测量仪和一块半透反射平面镜组成“旋光实验演示装置”,通过影像和数字的显示,把原来无法展示的仅靠教师口述和学生想象的旋光仪三分视场清晰的显示在同学们面前,让学生清楚地认识到什么是零视场、为什么又要选择零视场作为参考视场等,达到事半功倍的教学效果。这项改革申报了国家实用新型发明专利,并已取得授权[1]。

1 旋光实验演示装置的原理

采用旋光仪测定旋光性溶液的旋光率和浓度,这在化工行业中是一项常规测量,结合专业教学需要在物理实验教学中开设了“用旋光仪测定旋光性溶液的旋光率和浓度”实验。

旋光实验演示装置之所以能用数字和视频图像把实验现象展示出来,主要是在传统旋光实验仪上加了一个分光系统,一个影像系统和一个光电系统。

1.1 分光系统

在传统的旋光实验仪的刻度盘与望远镜之间加一块半透反射平面镜,目的是把经过检偏的光束分成相互垂直的两束,其中透射半透反射平面镜的那一路是仍按原来的方向继续传播。

1.2 影像系统和光电系统

用CCD替代传统的旋光实验仪的望远镜,并把CCD采集到的信号传送给视频显示器,呈现出三分视场的图像。用光电池把由半透反射平面镜分出来的垂直于传统旋光实验仪主光轴的光线转变成电信号,并传输给微电流测量仪,用数字显示视场的明暗度。

2 演示装置的结构、制作方式和特征

2.1 演示装置结构

图1为旋光实验演示装置工作示意图。

图1 旋光实验演示装置工作示意图

图2为旋光实验演示装置整体结构示意图。

图2 旋光实验演示装置整体结构示意图

2.2 演示装置的具体实施方式

在图1中,测试管(3)和检偏片(4)轴心相对,检偏片(4)和度盘及游标(5)相连。从测试管(3)透射出的光线,经过检偏片(4)检偏后,光线被半透反射平面镜(2)分成两束光,一束是被半透反射平面镜(2)镜面反射的反射光,反射光光束直接照射在凸透镜(7)上,再经凸透镜(7)汇集到光电池及暗盒(6)中的光电池上。另一束是透射过半透反射平面镜(2)的透射光,透射光光束由CCD视频摄像镜头组(8)的采集。

在图2中,传统旋光仪(14)的度盘及游标(5)上加接分光仓(1),CCD视频摄像镜头组(8)再安接在分光仓(1)上,视频摄像镜头组(8)采集到的信号,再由视频输送线(13)传输给视频监视器(12),转换成视频图像。光电池及暗盒(6)安装在分光仓(1)的侧面,其中的光电池与微电流测量仪(9)之间用同轴屏蔽输电线(10、11)相连接,组成微电流回路,其中微小的电流值由微电流测量仪(9)读取,调得零视场时微电流测量仪(9)的显示数值为极小值,记录此时度盘及游标(5)的角位置数值。

2.3 演示装置特点

一是用大幅面的视频动态图像演示三分视场的调节过程,不仅是可见度高,并且也有利于直观具体的介绍、比较和分析调节时所需要注意的事项;二是用图、量(光电流的极小值)相结合的方法,能动态、直观、定量、准确地演示旋光实验中零视场的确定。三是用在零视场区间里光电流极小值的狭小取值范围,从另一个角度有效地帮助学生理解在理论上为什么要选择零视场作为参考视场合理性。

3 演示装置使用

加接在CCD视频摄像镜头组与传统旋光的度盘及游标之间的分光仓里,固定安置着半透反射平面镜、凸透镜、光电池及暗盒,凸透镜的主光轴与旋光实验仪的光轴成900°,半透反射平面镜的镜面与传统旋光实验仪的光轴成450°、与凸透镜的主光轴成450°,凸透镜覆盖于安装在分光仓侧壁上的光电池及暗盒上,尽量是透过凸透镜的光束集中照射在光电池上,光电池与微电流测量仪之间须用同轴屏蔽输电线连接,取代传统旋光仪上望远镜的CCD视频摄像镜头组与视频显示器之间须用视频输送线连接。这样就可以演示三分视场的调节过程,得到大幅面的视频动态图像,直观具体的介绍、分析、对比调节中的注意事项,用图、量(光电流的极小值)相结合的方法,准确地确定零视场和零视场所对应的角位置。

4 结 论

旋光实验演示装置并没有用高、新、尖等技术,只是用一面半透反射平面镜和一些实验室中的常用设备,就使学生能清晰地观察到以往老师讲课时在黑板画、引导学生想象的实验现象。这面半透反射平面镜不只是把一束光分成两束光,也激发了学生学习知识、运用知识兴趣,有利于培养学生的创新思维。

[1] 葛宇宏,郝杰.旋光实验演示装置.实用新型专利授权号:ZL 2008 2 0036440.2,2009.

The Principle and Production of“Demonstration Device of Polarimetry Expeimen t”

HAO Jie

(Nanjing College of Chemical Technology,Nanjing 210048)

The rotation experimental apparatus is imp roved by spectral role in the transflective p lane mirro r,to realize one-third of field regulation of image disp lay w ith digital and video rotation experiment.

polarimeter;one-third of field;zero field

G 642.423

A

1007-2934(2010)01-0054-03

2009-09-09