多变形多功能观望镜的研究和创作.doc

多变形多功能观望镜的研究和创作 浙江省浦江第二中学 楼国康 【摘要】 该镜与潜望镜相比，重量减轻为十分之一左右，观察高度提高0.5～3m，观察范围扩大几百倍。上下两镜间距和倾斜角度可以自由调节，装卸快捷，拆卸后可装于一只裤袋之中，携带轻巧。可用于高处读电表度数、低处水池下读水表吨数、不用电隔高墙在高窗户观察室内物体情况，适用于考试巡视，班级纪律抽查监督。 【关键词】 多变形 多功能 观望镜 不用电 便携带 快装卸 运用物理中光的反射定律等光学知识，经科技创新后，我制作的多功能观望镜比潜望镜大大减轻，杆子长度可以自由伸缩，上下两个平面镜角度也不限定于45度，可以自由转动，可提高观察高度0.5～3m。将上面的平面镜改用凸面镜，可使观察范围更广。两镜间距和倾斜角度可以自由调节，装卸快捷，拆卸后可装于一只裤袋之中，携带轻巧。 该镜可用于高处读电表度数，低处水池下读水表吨数，可以通过高于人体高度的墙壁上的高窗户（如气窗）观察室内物体情况，适用于考试巡视，班级纪律抽查监督。 一．创新的目的 我生活在农村和城市之间，在老家的农村里，自来水表装在水池下，由于比较暗，人又要趴下来钻进去，观察时很不方便。在我城里住的居民区里，电表装在比人高0.5至1米高的地方，看电表读数时，要找凳子或梯子，也很不方便。于是我想利用光的反射定律等知识，制造一个类似潜望镜的观望镜，提出了一个创造构想。 二．基本思路和研究过程 在物理光的反射一节中有潜望镜，它的原理是：用两块45°角放置的平面镜，经过两次90°角的转折后，可以从低处看到高处的物体，如下图1所示。以前实验室拿来演示的潜望镜四周围是用方木板制作的，比较笨重。 我初步设想，去掉笨重的木板外壳，将两个平面镜设法固定到伸缩性伞柄上，这样只要跟原来的光路图一样，则观察的效果也一样，而且伞柄可以伸缩，既可改变长度，又使携带方便。 通过无数次的尝试、制作、研究、改进、创新，现在又有了一些新的创新点。具体总结如下：改进过程，一波多折，目前为止，已有一波七折。 三．创新点和优点 1．采用直杆加螺杆的方法固定平面镜。可以去掉潜望镜周围木板，使重量大大减轻，不到原重的十分之一。平面镜的中央部分加一根螺杆，然后插入直杆，用螺母固定，如图2所示。 2．直杆采用伸缩性伞柄结构。因为可自由调节观察高度，收缩时长度象四折伞那样，可以放在裤袋里，携带方便。用伸缩杆固定两个平面镜，可以使距离自由调节，观察高度可以升高0.5～5m. 3．将原来用螺杆固定平面镜的装置，进一步改进为插拔式，使两块平面镜装上与卸下方便快捷，更有利于携带。 4．在平面镜中央位置安装转轴，便于调节平面镜的角度成45°。 伸缩拆装快捷，携带方便，可放入裤袋内。 5．下面的平面镜B角度不限于45°，可以任意角度转动。如图3所示（见下面），只要从下面的平面镜中能看到上面的平面镜，同样也能观察到A处看到的物体。这样人眼高度可以不局限于B平面镜处的高度，可以一手向上一直举高，相当于又提高了一个高度。（大约0.5m左右），另一个好处是用不着去调节伞柄的长度，只要微调下面平面镜B的倾斜角度（使之在B镜中能看到A镜）即可。既可以提高一个高度，又使调节方便。 例如在图3中，下面的镜子与水平夹角变为60°时，经B镜反射角也为60°，使光线转方向转折了120°角。所以伞柄的长度虽然只有0.8m，但手可以将伞柄再举高0.5m左右，相当于又提高了头部上面一只手的高度。 6．经过后来的研究发现，其实上面的平面镜A的角度，也不局限于45°，如图4所示，上面的平面镜如转成与水平成30°角，则同样产生竖直向下的反射光，反射角与入射角均为30°，使A镜处的入射光可以变为与水平成30°的由下而上的角度。 由此带来的好处是：使A镜观察的物体不局限在水平方向上。如果使A镜与水平面成60°角，则入射光线来自由上而下且与水平方向成30°的角，如图5所示，转动A镜的好处1是：（上镜向上倾斜时），使被观察实物P又提高了一个高度，相当于又提高了总高度（达到了h3）。 好处2是：上镜向下倾斜时，可以通过高窗隔墙观察教室内情况。如图4所示，由于入射光来自下方，则利用此镜可以观察高墙内障碍物，以下的被遮挡物体P。例如通过门上气窗，观察屋内地面上物体（学生课桌等）。 7．后来继续研究，突来灵感。将上面的平面镜A换用凸面镜，可以大大增加观察的范围，可以观察到大半个教室内情况。如图6所示。改进之后，到教室里去实验，从下面的镜子里一眼就可以观察半个多教室里同学学习的情况。 8、加了转动轴的上下两镜不仅可以自由转动，而且可以快捷地装卸。在凸面镜后背装上强力小磁铁，只要将凸面镜贴紧平面镜，就与平面镜磁铁性的转动杆吸合，所以装卸更方便。 四．实际用途 1．有利于在高处读电表读数，省得带梯子、找凳子（如图7所示）。便于携