一、項目背景
　　
　　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、調(diào)節(jié)光學(xué)器件也不方便靈活。為避免這些缺點，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，這樣在安裝和移動物體(如蠟燭、本教具所設(shè)計的雙箭頭發(fā)光二極管)、光屏、面鏡或透鏡時，會更方便、更容易：把軌道制成兩節(jié)，不用時疊放在一起。整個裝置折疊成一個箱子，便于攜帶和存放；所有實驗在三面遮光一面透明的箱子里進行，黑體的箱子使實驗現(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?；谝陨显?，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、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、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、長螺絲釘和螺絲釘帽一套、可微調(diào)的透鏡裝ghRPnrIWgtJ4jNcGthFg/w==置(包括滑動槽、滑動卡片hp及其透鏡箍T)z一套、兩節(jié)拉桿式支柱四個、橡皮膠塞(能剛好放進小車中心槽中)四個、眼輪廓模型一個、長圓方形光屏各一個、用紅綠發(fā)光二極管制成的雙箭頭發(fā)光體一個、寬20cm的保鮮薄膜一卷、激光手電三個、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(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，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：
　　(5)長螺絲釘固定在底板的中心。可微調(diào)的透鏡裝置(包括滑動槽、滑動卡片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UV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、兩個凸透鏡和一個凹透鏡分別固定在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UV之間，薄木板Q蓋在上口，帶凸或凹透鏡的小車放在軌道上，通入水霧進行遠近視眼產(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UV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、各種面鏡反射特點的演示。
　　在上面的實驗過程中，水霧進入箱子或水槽時會很快充滿箱內(nèi)整個空間，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。
　　實驗結(jié)束后，把木板M和N插入U形鋁條中，由木板M、N、X、Y水槽和底板A組成一個箱子，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微米粒子會發(fā)生散射現(xiàn)象，當一束光(如激光手電射出來的光線)穿過水霧時我們便可以看到光路。
　　2　可伸縮鐵軌式導(dǎo)軌
　　在進行諸如凸透鏡成像規(guī)律探究時。要移動物體、光屏或凸透鏡，傳統(tǒng)的移動方法是在光距座上移動滑塊，但通常因為摩擦力較大使移動不靈活。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，滾動產(chǎn)生的摩擦是很小的，當載有諸如發(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)器件在其上時就能自由移動和定位；導(dǎo)軌在箱底座木槽中可以自由伸縮，當實驗完成后將其縮并成一個箱子。便于攜帶和存放。
　　3　光在兩種介質(zhì)中通過時光路的同時顯示
　　通常我們不易使光在兩種介質(zhì)中通過時其路徑同時顯示(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?shù)乃F，向水中滴入微量牛奶，當光在這兩種介質(zhì)中穿過就能同時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。
　　
　　評委點評
　　
　　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，因此為教具的改進又跨進了一