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    萬花筒利用平面鏡的成像原理制作,通過光的折射而產生影像

    2015-09-24 13:46 戴會燁 科學導報今日文教周刊2015年1月2
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           1816年,蘇格蘭物理學家大衛·布魯斯特爵士發明了萬花筒。布魯斯特主要從事光學和光譜研究,他在童年時代就十分喜歡光學實驗,一生中的大部分時間都用在了他所喜愛的光學上。一次,他在用多面鏡子研究光的性質時,看到了幾面相對放置的鏡子里經過多次反射呈現出來的景象,便放了一些花紙在鏡子組成的空腔里,結果,他看到了一些對稱的圖案,而且每變動一下花紙的位置,圖案就會變換一次。
      為了能使圖案不斷地變換,他將三面成角度的鏡子放在一個圓筒里,再將花紙放在筒端的兩層玻璃間。隨著三角鏡中鏡子的角度變化,影像的數目也隨之變化;影像重疊后形成各種圖案,不停地轉動萬花筒就可以看到不斷變換的圖案。就這樣他制作出了只要輕輕轉動就能看到不同圖案的萬花筒。萬花筒在一夜之間便獲得了意外的成功。這個一動就能產生美妙圖案的小東西,算得上是當時的“電視機”了。一旦某個圖案消失了,要轉動幾個世紀才能出現同樣的組合。
           據萬花筒制作專家的介紹,“芯”的部分有很多類型。比如把兩片風車狀的輪子組合在一起,通過旋轉輪子而形成各種各樣的圖案,或者在前端裝上玻璃球,并旋轉它來觀賞身邊任何一種景物,都能獲得一種前所未有的新鮮構圖。而在前端部分填充進各種顏色的油的組合,并通過油的流動產生不可思議的圖案。
      “形狀”,主要是指萬花筒的鏡體結構,有二鏡、三鏡、四鏡、錐形、旋轉等多種結構,讓我們看到的景象,不光有圓的甜美、多邊形的嬗變,更有煙花般的魅力四射。
      中國的萬花筒
           大約一百多年前,由英國人發明的萬花筒進入中國。由于當時制作材料和工藝的限制,萬花筒只能作為清王朝達官貴人的私室珍藏。隨著封建王朝閉關鎖國政策被打破,以及中國民族工業的發展,萬花筒的造價也漸漸變得低廉,舊時王謝堂前燕,也飛入了尋常百姓家。
           人們喜歡看萬花筒,更喜歡動手制作萬花筒。在北京東岳廟民俗運動會上,就曾出現過長約90厘米,直徑10厘米,由業余愛好者利用廢紙筒制作的萬花筒。目前,北京民俗博物館還收藏著由北京玩具協會常務理事、萬花筒愛好者李鴻寬先生制作的,長132厘米,直徑25厘米的大型萬花筒。

           萬花筒利用平面鏡的成像原理制作,通過光的折射而產生影像 

           萬花筒利用平面鏡的成像原理制作,通過光的折射而產生影像 
           萬花筒制作方法
           用兩條長十五厘米左右、寬三厘米的鏡子條(可以到玻璃商店去買邊角料)。再剪一條和鏡子條一樣大小的紙板把它的一面涂黑。把兩條鏡子條和一條紙板按圖中的樣子組合在一起(紙板涂黑的一面應朝里),用膠布把它們貼好,再用兩條橡皮筋把它們捆牢。這就成了一個最簡單的萬花筒。
      把一些彩色的紙屑、彩色玻璃珠、放在一張白紙上。通過萬花筒來觀察它們,你會看到許多星狀的圖案。旋轉萬花筒,圖案就跟著變化。
      如果你沒有鏡子條,可以用玻璃條來代替,但是你應該把玻璃的一面涂黑或貼上黑紙,涂黑的一面要朝外。不過用鏡子條做成的萬花筒比玻璃條做的,看起來圖案要明亮得多。
      還可以用透明的水晶球或凸透鏡等制成望遠鏡式的萬花筒,具體制作步驟如下:
      材料:
      塑料薄鏡(或玻璃片)3面、透明玻璃球、硬紙板、彩色包裝紙、透明塑料薄膜、小刀
      制作方法:

           萬花筒利用平面鏡的成像原理制作,通過光的折射而產生影像


      1.3面長寬一樣的鏡子或玻璃片對在一起(注意:使用玻璃的時候,操作時要注意別劃傷手指),用膠帶固定住,使之成一個三角空心體。要注意,使鏡子的映照面朝向內側;

          萬花筒利用平面鏡的成像原理制作,通過光的折射而產生影像


      2.空心體的一頭,卡一個玻璃球,也用膠帶固定;

           萬花筒利用平面鏡的成像原理制作,通過光的折射而產生影像
      3.三角體的外面卷上硬紙板,使玻璃球只露出個頭;

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      4.另一頭空心處粘上透明的塑料薄膜,并挖一個觀察洞;

          萬花筒利用平面鏡的成像原理制作,通過光的折射而產生影像 

      5.后在三角體的外層粘上好看的彩色紙,用透明膠帶固定住就可以了。

           快舉在眼前看看,能看到什么?哇!能看到外面的東西哪!這就是它的神奇之處,一般的萬花筒只能看到里面的東西,這個神奇的萬花筒還可以看見外面的景色呢!
      下圖是一個典型的萬花筒的分解圖。整個萬花筒必須能夠旋轉,使得彩色碎片能滾動并造成不同的圖案。創造一個底蓋旋轉時筒身不動的萬花筒,要稍微復雜一些。這需要稍大的筒子,以便于底蓋旋轉。萬花筒的材料有多種多樣,取決于小組的尋求和支付條件。筒子可以是一截從家內外找來的卡紙管。為了得到一個終生相伴的萬花筒,可以用聚氯乙稀的塑料管。轉動的透明鏡子片可以是玻璃、透鏡、透明塑料或透明醋酸纖維素。三個反射面可以用鏡子玻璃,一面涂黑的普通玻璃,或者一面涂黑的透明乙烯基塑料。進入末端小空間內的彩色碎片則可以是幾乎所有半透明的東西。在兩個墊圈間不要放進多的彩色碎片,如果你們放多了,它們不可能滾動得很好,并且可能擋住過多的亮光。

          萬花筒利用平面鏡的成像原理制作,通過光的折射而產生影像
          萬花筒分解圖
                                                                                          (輔導教師:曹學勇)

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