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申请/专利权人：安徽新华学院

摘要：本发明涉及一种演示光的偏振特性的像素拼图系统，包括箱体、发光源、导光板、圆偏振片、转动机构、透光板、遮光板、像素片；其中圆偏振片的直径大于导光板并覆盖在导光板之上，发光源的高度低于导光板的上边缘，导光板与圆偏振片在转动机构带动下转动形成角度变化的偏振光。在圆偏振片之上通过箱体固定放置一些偏振角度不同的方形偏振片，形成图案，可用于演示光的偏振特性。本发明还提出一种应用于本系统的演示方法，步骤合理，保证了演示的顺利进行。对比现有技术，本发明可在演示光的偏振特性时更有趣味性，有更多选择。

主权项：1.一种演示光的偏振特性的像素拼图系统，其特征在于：包括箱体9、发光源15、导光板10、圆偏振片11、转动机构、透光板13、遮光板20、像素片；其中箱体9为一个上表面设有方形开口的不透光箱，箱体9底部设有转动机构，转动机构上固定有圆形的导光板10，导光板10的侧面设有发光源15，发光源15的高度不超过导光板10的上表面；箱体9的方形开口处设相对的两根滑槽12，所述滑槽12构成的大小与透光板13、遮光板20的大小均相等，滑槽12的槽宽度与透光板13与遮光板20的厚度之和相等；遮光板20中部设有空洞，所述空洞大小不超过导光板10；所述像素片包括若干种形状一样的方形偏振片，每一种偏振角度不同，并且每一种像素片在其底部截面设有不同色彩的条纹标记；所述转动机构为一个由电机17驱动的转动机构，所述电机17由调速器控制，调速器的转速调节旋钮2安装在箱体9表面；发光源15通过光源亮度调节旋钮1控制，光源亮度调节旋钮1设于箱体9表面；还包括设置于箱体9外侧的电源开关3，为系统总电力开关；遮光板20中间设有一个方形空洞，其长宽分别是像素片长宽的整数倍；所述发光源15包括白色LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED，以及分别与他们相连的LED可调驱动模块，所述驱动模块的控制电阻即光源亮度调节旋钮1，为一个电位器；在箱体9外侧设有白红蓝绿四个开关按钮，分别串联到对应颜色的LED电路中；所述圆偏振片11直径大于导光板10；所述转动机构为一个面积小于导光板10的刚性圆盘16，中部设有与电机17轴匹配的空洞并与电机17轴紧密连接，电机17轴的方向为竖直方向，且电机17外壳固定在箱体9底部；所述的拼图系统的实验演示方法，包括以下步骤：步骤1，将圆偏振片11通过在边缘使用无痕胶或者热熔胶固定到导光板10上，中心对齐；步骤2，将遮光板20置于透光板13上并对齐，插入滑槽12；步骤3，在遮光板20的空洞中摆放不同的像素片，通过其底部截面的条纹标记来区分像素片的种类；步骤4，打开电源开关3，按下不同颜色的开关按钮选择光色，按下为选择，抬起为不选择，也可以选择多种颜色相加混合；步骤5，扭动光源亮度调节旋钮1让光线变亮，扭动转速调节旋钮2并调节到合适速度，演示偏振片在偏振光源转动的情况下的图案明暗变化；步骤6，扭动转速调节旋钮2并使光源停转，扭动光源亮度调节旋钮1使光源熄灭，关闭电源开关3，抽出透光板13和遮光板20，拆除偏振片。

全文数据：一种演示光的偏振特性的像素拼图系统及其方法技术领域本发明属于实验装置技术领域，具体涉及一种演示光的偏振特性的像素拼图系统及其方法。背景技术波可以分成纵波和横波，横波的传播方向和质点的振动方向垂直，波的振动方向和传播方向没有对称性，称作偏振。如果光波的光矢量的方向始终不变，只沿一个固定方向振动时，称为线偏振光。线偏振光可使普通光源发出的自然光通过一个起偏器偏振片，起偏后得到线偏振光。在此起偏器后平行放置一检偏振器偏振片，则透过光的强度会发生变化，光强变化遵从马吕斯定律，即I＝I0cos2α。式中α是线偏振光的振动方向与检偏器的透光轴方向之间的夹角。当观察者逆光观察检偏器时，由于光强的变化会看到检偏器显示不同的灰度。由于人的眼睛不能对光的偏振做出反应，因此要利用实验装置通过光强的变化来展现。因此设计一种有趣的实验系统来展现光的偏振特性是大学物理课堂教学过程中一个不可缺少的组成部分，它能够激发学生的学习兴趣，引起学生的学习欲望，培养学生科学实验素养，有效地培养学生的观察能力和实践动手能力。系统的设计同时需要做到结构简单，操作简便且形象有趣。目前这样的产品并不多，而且设计单调，缺乏综合趣味性。发明内容本发明的目的就在于为了满足背景技术中的需求，提出一种娱乐性强的演示光的偏振特性的像素拼图系统及其方法。本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种演示光的偏振特性的像素拼图系统，包括箱体、发光源、导光板、圆偏振片、转动机构、透光板、遮光板、像素片；其中箱体为一个上表面设有方形开口的不透光箱，箱体底部设有转动机构，转动机构上固定有圆形的导光板，导光板的侧面设有发光源，发光源的高度不超过导光板的上表面；箱体的方形开口处设相对的两根滑槽，所述滑槽构成的大小与透光板、遮光板的大小均相等，滑槽的槽宽度与透光板与遮光板的厚度之和相等；遮光板中部设有空洞，所述空洞大小不超过导光板，以保证观看时没有黑边。所述像素片包括若干种形状一样的方形偏振片，每一种偏振角度不同，并且每一种像素片在其底部截面设有不同色彩的条纹标记；拼图时，按照条纹标记选择合适的像素片。所述转动机构为一个由电机驱动的转动机构，所述电机由调速器控制，调速器的转速调节旋钮安装在箱体表面；发光源通过光源亮度调节旋钮控制，光源亮度调节旋钮设于箱体表面还包括设置于箱体外侧的电源开关，为系统总电力开关。优选的，所述圆偏振片直径大于导光板，放置未起振光线泄漏。优选的，所述转动机构为一个面积小于导光板的刚性圆盘，中部设有与电机轴匹配的空洞并与电机轴紧密连接，电机轴的方向为竖直方向，且电机外壳固定在箱体底部。优选的，所述遮光板中间设有一个方形空洞，其长宽分别是像素片长宽的整数倍，可以放置像素片后不留空隙。根据以上拼图系统的实验演示方法，包括以下步骤。步骤1，将圆偏振片通过在边缘使用无痕胶或者热熔胶固定到导光板上，中心对齐；步骤2，将遮光板置于透光板上并对齐，插入滑槽；步骤3，在遮光板的空洞中摆放不同的像素片，通过其底部截面的条纹标记来区分像素片的种类；步骤4，打开电源开关，扭动光源亮度调节旋钮让光线变亮，扭动转速调节旋钮并调节到合适速度，演示偏振片在偏振光源转动的情况下的图案明暗变化；步骤5，扭动转速调节旋钮并使光源停转，扭动光源亮度调节旋钮使光源熄灭，关闭电源开关，抽出透光板和遮光板，拆除偏振片。本发明进一步改进在于，所述发光源包括白色LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED，以及分别与他们相连的LED可调驱动模块，所述驱动模块的控制电阻即光源亮度调节旋钮，为一个电位器；电位器调节驱动模块总输出的大小。在箱体外侧设有白红蓝绿四个开关按钮，分别串联到对应颜色的LED电路中，可以分别操控四种颜色的LED的亮灭。基于本改进点的拼图系统的实验演示方法，其特征在于：包括以下步骤。步骤1，将圆偏振片通过在边缘使用无痕胶或者热熔胶固定到导光板上，中心对齐；步骤2，将遮光板置于透光板上并对齐，插入滑槽；步骤3，在遮光板的空洞中摆放不同的像素片，通过其底部截面的条纹标记来区分像素片的种类；步骤4，打开电源开关，按下不同颜色的开关按钮选择光色，按下为选择，抬起为不选择，也可以选择多种颜色相加混合；步骤5，扭动光源亮度调节旋钮让光线变亮，扭动转速调节旋钮并调节到合适速度，演示偏振片在偏振光源转动的情况下的图案明暗变化；步骤6，扭动转速调节旋钮并使光源停转，扭动光源亮度调节旋钮使光源熄灭，关闭电源开关，抽出透光板和遮光板，拆除偏振片。本发明有益效果在于，相比现有技术，本发明可以提供丰富的实验效果，可以更改实验光色，可以改变偏振光的转动速度，可以拼接有趣的明暗变化的图案。附图说明图1是本发明实施例中转动机构及其连接物的组成结构；图2是本发明实施例透光板和遮光板的示意图；图3是本发明实施例中像素片示意图图4-5是本发明实施例1中系统整体构造和发光源电路示意图图6-7是本发明实施例2中系统整体构造和发光源电路示意图图8是本发明实施例中，实际偏振像素片的演示效果示意图。图中：1-光源亮度调节旋钮，2-转速调节旋钮，3-电源开关，4-白色开关按钮，5-红色开关按钮，6-蓝色开关按钮，7-绿色开关按钮，9-箱体，10-导光板，11-圆偏振片，12-滑槽，13-透光板，15-发光源，16-刚性圆盘，17-电机，18-拼图区域，19-导光板边缘，20-遮光板。具体实施方式下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。实施例1，一种演示光的偏振特性的像素拼图系统，包括箱体9、发光源15、导光板10、圆偏振片11、转动机构、透光板13、遮光板20、像素片；其中箱体9为一个上表面设有方形开口的不透光箱，箱体9底部设有转动机构，转动机构上固定有圆形的导光板10，导光板10的侧面设有发光源15，发光源15的高度不超过导光板10的上表面；所述圆偏振片11直径大于导光板10，防止未经起振的光泄露。箱体9的方形开口处设相对的两根滑槽12，所述滑槽12构成的大小与透光板13、遮光板20的大小均相等，滑槽12的槽宽度与透光板13与遮光板20的厚度之和相等；所述遮光板20中间设有一个方形空洞，所述方形空洞大小不超过导光板10，其长宽分别是像素片长宽的整数倍。所述像素片包括若干种形状一样的方形偏振片，每一种偏振角度不同，并且每一种像素片在其底部截面设有不同色彩的条纹标记；如图3，像素片组由形状相同的正方形偏振片组成，根据透光轴与偏振光源的振动方向的夹角不同可以显示不同的灰度，且在一侧棱边涂有标记加以区分，其中，棱边涂有黑色长线表示0度；棱边涂有黑色长虚线表示90度；棱边涂有一条13边长的黑色短线表示30度；棱边涂有两条分开的13边长的黑色短线表示45度；棱边涂有一23边长的黑色短线表示60度。所述转动机构为一个由电机17驱动的转动机构，所述电机17由调速器控制，调速器的转速调节旋钮2安装在箱体9表面；发光源15通过光源亮度调节旋钮1控制，光源亮度调节旋钮1设于箱体9表面。其中光源的电路如图5，沿导光板10周边均匀设置6颗白色LED，按图5电路连接，220V电压连接AC-DC模块，通过电位器即光源亮度调节旋钮1调节电压，输出电压在12-21V之间变化，输出电压经过5欧姆电阻连接6颗串联的白色LED，其电流可在约0-240mA变化。还包括设置于箱体9外侧的电源开关3，为系统总电力开关。所述转动机构为一个面积小于导光板10的刚性圆盘16，中部设有与电机17轴匹配的空洞并与电机17轴紧密连接，电机17轴的方向为竖直方向，且电机17外壳固定在箱体9底部。一种基于本系统的实验演示方法，包括以下步骤。步骤S101，将圆偏振片11通过在边缘使用无痕胶或者热熔胶固定到导光板10上，中心对齐；步骤S102，将遮光板20置于透光板13上并对齐，插入滑槽12；步骤S103，在遮光板20的空洞中摆放不同的像素片，通过其底部截面的条纹标记来区分像素片的种类；步骤S104，打开电源开关3，扭动光源亮度调节旋钮1让光线变亮，扭动转速调节旋钮2并调节到合适速度，演示偏振片在偏振光源转动的情况下的图案明暗变化；其效果如图8所示。步骤S105，扭动转速调节旋钮2并使光源停转，扭动光源亮度调节旋钮1使光源熄灭，关闭电源开关3，抽出透光板13和遮光板20，拆除偏振片。实施例2，一种演示光的偏振特性的像素拼图系统，包括箱体9、发光源15、导光板10、圆偏振片11、转动机构、透光板13、遮光板20、像素片；其中箱体9为一个上表面设有方形开口的不透光箱，箱体9底部设有转动机构，转动机构上固定有圆形的导光板10，导光板10的侧面设有发光源15，发光源15的高度不超过导光板10的上表面；所述圆偏振片11直径大于导光板10，防止未经起振的光泄露。箱体9的方形开口处设相对的两根滑槽12，所述滑槽12构成的大小与透光板13、遮光板20的大小均相等，滑槽12的槽宽度与透光板13与遮光板20的厚度之和相等；所述遮光板20中间设有一个方形空洞，所述方形空洞大小不超过导光板10，其长宽分别是像素片长宽的整数倍。所述像素片包括若干种形状一样的方形偏振片，每一种偏振角度不同，并且每一种像素片在其底部截面设有不同色彩的条纹标记；如图3，像素片组由形状相同的正方形偏振片组成，根据透光轴与偏振光源的振动方向的夹角不同可以显示不同的灰度，且在一侧棱边涂有标记加以区分，其中，棱边涂有黑色长线表示0度；棱边涂有黑色长虚线表示90度；棱边涂有一条13边长的黑色短线表示30度；棱边涂有两条分开的13边长的黑色短线表示45度；棱边涂有一23边长的黑色短线表示60度。所述转动机构为一个由电机17驱动的转动机构，所述电机17由调速器控制，调速器的转速调节旋钮2安装在箱体9表面；发光源15通过光源亮度调节旋钮1控制，光源亮度调节旋钮1设于箱体9表面。所述发光源15包括白色LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED，以及分别与他们相连的LED可调驱动模块，所述驱动模块的控制电阻即光源亮度调节旋钮1，为一个电位器；在箱体9外侧设有白红蓝绿四个开关按钮，分别串联到对应颜色的LED电路中。其中光源的电路如图7，沿导光板10周边均匀设置4颗白色LED，4颗蓝色LED，4颗绿色LED，6颗红色LED，不同颜色LED分别串联，其串联后最大工作电压均为13.2V左右。按图7电路连接，220V电压连接AC-DC模块，通过电位器即光源亮度调节旋钮1调节电压，输出电压在8-15V之间变化，输出电压经过3欧姆电阻连接四个颜色的开关按钮，后分别连接四组不同颜色的串联LED，其总电流可在约0-330mA变化，总体亮度和实施例1接近。还包括设置于箱体9外侧的电源开关3，为系统总电力开关。所述转动机构为一个面积小于导光板10的刚性圆盘16，中部设有与电机17轴匹配的空洞并与电机17轴紧密连接，电机17轴的方向为竖直方向，且电机17外壳固定在箱体9底部。基于本实施例中拼图系统的实验演示方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S201，将圆偏振片11通过在边缘使用无痕胶或者热熔胶固定到导光板10上，中心对齐；步骤S202，将遮光板20置于透光板13上并对齐，插入滑槽12；步骤S203，在遮光板20的空洞中摆放不同的像素片，通过其底部截面的条纹标记来区分像素片的种类；步骤S204，打开电源开关3，按下不同颜色的开关按钮选择光色，按下为选择，抬起为不选择，也可以选择多种颜色相加混合；步骤S205，扭动光源亮度调节旋钮1让光线变亮，扭动转速调节旋钮2并调节到合适速度，演示偏振片在偏振光源转动的情况下的图案明暗变化；其效果如图8所示。步骤S206，扭动转速调节旋钮2并使光源停转，扭动光源亮度调节旋钮1使光源熄灭，关闭电源开关3，抽出透光板13和遮光板20，拆除偏振片。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

权利要求：1.一种演示光的偏振特性的像素拼图系统，其特征在于：包括箱体9、发光源15、导光板10、圆偏振片11、转动机构、透光板13、遮光板20、像素片；其中箱体9为一个上表面设有方形开口的不透光箱，箱体9底部设有转动机构，转动机构上固定有圆形的导光板10，导光板10的侧面设有发光源15，发光源15的高度不超过导光板10的上表面；箱体9的方形开口处设相对的两根滑槽12，所述滑槽12构成的大小与透光板13、遮光板20的大小均相等，滑槽12的槽宽度与透光板13与遮光板20的厚度之和相等；遮光板20中部设有空洞，所述空洞大小不超过导光板10；所述像素片包括若干种形状一样的方形偏振片，每一种偏振角度不同，并且每一种像素片在其底部截面设有不同色彩的条纹标记；所述转动机构为一个由电机17驱动的转动机构，所述电机17由调速器控制，调速器的转速调节旋钮2安装在箱体9表面；发光源15通过光源亮度调节旋钮1控制，光源亮度调节旋钮1设于箱体9表面；还包括设置于箱体9外侧的电源开关3，为系统总电力开关。2.根据权利要求1所述的一种演示光的偏振特性的像素拼图系统，其特征在于，所述圆偏振片11直径大于导光板10。3.根据权利要求1所述的一种演示光的偏振特性的像素拼图系统，其特征在于，所述转动机构为一个面积小于导光板10的刚性圆盘16，中部设有与电机17轴匹配的空洞并与电机17轴紧密连接，电机17轴的方向为竖直方向，且电机17外壳固定在箱体9底部。4.根据权利要求1所述的一种演示光的偏振特性的像素拼图系统，其特征在于，所述遮光板20中间设有一个方形空洞，其长宽分别是像素片长宽的整数倍。5.一种基于权利要求1-4所述的拼图系统的实验演示方法，其特征在于：包括以下步骤。步骤1，将圆偏振片11通过在边缘使用无痕胶或者热熔胶固定到导光板10上，中心对齐；步骤2，将遮光板20置于透光板13上并对齐，插入滑槽12；步骤3，在遮光板20的空洞中摆放不同的像素片，通过其底部截面的条纹标记来区分像素片的种类；步骤4，打开电源开关3，扭动光源亮度调节旋钮1让光线变亮，扭动转速调节旋钮2并调节到合适速度，演示偏振片在偏振光源转动的情况下的图案明暗变化；步骤5，扭动转速调节旋钮2并使光源停转，扭动光源亮度调节旋钮1使光源熄灭，关闭电源开关3，抽出透光板13和遮光板20，拆除偏振片。6.根据权利要求1所述的一种演示光的偏振特性的像素拼图系统，其特征在于：所述发光源15包括白色LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED，以及分别与他们相连的LED可调驱动模块，所述驱动模块的控制电阻即光源亮度调节旋钮1，为一个电位器；在箱体9外侧设有白红蓝绿四个开关按钮，分别串联到对应颜色的LED电路中。7.根据权利要求6所述的一种演示光的偏振特性的像素拼图系统，其特征在于，所述圆偏振片11直径大于导光板10。8.根据权利要求6所述的一种演示光的偏振特性的像素拼图系统，其特征在于，所述转动机构为一个面积小于导光板10的刚性圆盘16，中部设有与电机17轴匹配的空洞并与电机17轴紧密连接，电机17轴的方向为竖直方向，且电机17外壳固定在箱体9底部。9.根据权利要求6所述的一种演示光的偏振特性的像素拼图系统，其特征在于，所述遮光板20中间设有一个方形空洞，其长宽分别是像素片长宽的整数倍。10.一种基于权利要求6-9所述的拼图系统的实验演示方法，其特征在于：包括以下步骤。步骤1，将圆偏振片11通过在边缘使用无痕胶或者热熔胶固定到导光板10上，中心对齐；步骤2，将遮光板20置于透光板13上并对齐，插入滑槽12；步骤3，在遮光板20的空洞中摆放不同的像素片，通过其底部截面的条纹标记来区分像素片的种类；步骤4，打开电源开关3，按下不同颜色的开关按钮选择光色，按下为选择，抬起为不选择，也可以选择多种颜色相加混合；步骤5，扭动光源亮度调节旋钮1让光线变亮，扭动转速调节旋钮2并调节到合适速度，演示偏振片在偏振光源转动的情况下的图案明暗变化；步骤6，扭动转速调节旋钮2并使光源停转，扭动光源亮度调节旋钮1使光源熄灭，关闭电源开关3，抽出透光板13和遮光板20，拆除偏振片。

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