[发明专利]一种在水槽中同步建立不同线性梯度温度场的实验装置

说明书

一种在水槽中同步建立不同线性梯度温度场的实验装置，在底座上设置有透明水槽和多路温度测试仪，透明水槽内的左侧壁上设置安装有半导体制冷片的半导体制冷片支架，半导体制冷片支架和半导体制冷片浸入透明水槽内的水中，在半导体制冷片与透明水槽内右侧壁之间的前侧壁和后侧壁上依次设置有与透明水槽内底部保持有距离的第一隔板、第二隔板、第三隔板。本发明解决了在透明水槽中建立大尺度线性梯度温度场的技术问题，在同一透明水槽中同步获得了不同线性梯度的梯度温度场。采用这一实验装置，可很容易地比较光在不同线性梯度温度场中的传输差异，为定量研究光在梯度折射率介质中的传输特性提供了条件。

技术领域

本发明属于物理实验教学仪器技术领域，具体涉及到光学实验仪器。

背景技术

非均匀介质中光的弯曲传输特性，既揭示了“海市蜃楼”等自然现象的物理本质，又在大气光学、激光通信、光纤通信、激光遥感等长光程传输领域的研究和梯度折射率光学元器件的设计与制造等现代科技中获得了非常广泛的应用。然而人们对光线在非均匀介质中的弯曲传输现象，始终存在一定程度的神秘感。这一方面是由于人们自小形成的光直线传播概念，另一方面是在日常生活中目视可见的范围内，难以位于光线的侧面观察光线的弯曲传输现象。这都给学生深刻理解非均匀介质中光的传输特性及其应用带来了很大的困难。显然，如果能利用实验手段实现非均匀介质中光的传输径迹以及与介质折射率梯度大小、方向之间的关系的演示，在深化学生对非均匀介质中光传输特性的理解，强化学生对非均匀介质中光传输特性的应用与设计能力，特别是面向中小学生和社会大众普及非均匀介质中光线弯曲传输知识，了解其在现代科技中的应用方面，都具有非常重要的意义。

专利号ZL201510358994.9发明名称为“在水中建立梯度温度场的实验装置”的中国发明专利，公开了一种采用浸入水中的半导体制冷片在水中建立梯度温度场的装置，其特征是“透明水槽6内的前侧壁和后侧壁上至少设置有1个半导体制冷片支架，每个半导体制冷片支架上设置有1个半导体制冷片，半导体制冷片支架和半导体制冷片浸入水中”。这一结构特征虽然在水中能快速建立梯度温度场，使水槽中的水成为梯度折射率介质，实现光在非均匀介质中传输特性的实验测量与演示。但这种结构在水中建立的梯度温度场在垂直方向的线性梯度范围很小，线性梯度温度范围一般只有3－4cm，光线在水槽内水平的传输过程中，很快会进入非线性梯度温度区域(非线性梯度折射率区域)，使得定量化研究光在水槽内的梯度折射率介质中的传输特性非常困难。同时，在同一个水槽中一次只能建立一种梯度温度场，不能满足在同一个水槽中同时观察、比较、测量不同梯度温度场中光线不同弯曲度的传输情况。因此，研制一种在水中同步建立不同线性梯度温度场的实验装置，对于光在非均匀介质中传输特性的实验研究，是非常必要的。

发明内容

本发明所用解决的一个技术问题在于克服上述在水中建立梯度温度场的实验装置所存在缺点，提供一种设计合理、结构简单、演示效果直观的一种在水槽中同步建立不同线性梯度温度场的实验装置。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在底座上设置有透明水槽和多路温度测试仪，透明水槽内的左侧壁上设置安装有半导体制冷片的半导体制冷片支架，半导体制冷片支架和半导体制冷片浸入透明水槽内的水中，在半导体制冷片与透明水槽内右侧壁之间的前侧壁和后侧壁上依次设置有与透明水槽内底部保持有距离的第一隔板、第二隔板、第三隔板。

本发明的第一隔板、第二隔板、第三隔板的高度为19～25cm，第一隔板、第二隔板、第三隔板与水平面垂直，第一隔板、第二隔板、第三隔板的水平中心线与半导体制冷片的水平中心线在同一水平平面内。

本发明的第一隔板、第二隔板、第三隔板的高度由大到小排列或由小到大排列或相等。

本发明的第一隔板、第二隔板、第三隔板中高度最大的一块隔板的下端面与透明水槽内底面的距离至少为1cm，其余两块隔板下端面与透明水槽内底面的距离大于或等于高度最大的一块隔板的下端面与透明水槽内底面的距离。