[发明专利]多重彩虹演示装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种物理教学演示教具，具体涉及一种几何光学教学所用多重彩虹演示装置。

背景技术

彩虹是大自然中经常观察到的景象。教科书对于彩虹的原理少有提及，通常见到的解释仅限于科普层面，即阳光射到空中圆形水珠上，经过折射以及水珠内的一次反射形成彩虹，彩色的形成原因是阳光的色散，虹（主虹）出现在40-42°。如果光线在水珠内反射两次，便形成霓（副虹），出现在50-53°，所以副虹位置在主虹之外。然而，这样的解释是不能令人满意的。通过能够演示彩虹产生现象的仪器，就能够很好的帮助学生理解其形成原理。但是，现有的试验仪器，例如人工喷水造成的彩虹在教室内实施很不方便，同时不能够很好的演示多重彩虹。

发明内容

本发明的目的是提供一种多重彩虹演示装置，能够简单、方便地演示多重彩虹，易于学生理解。

本发明提供一种多重彩虹演示装置，包括光源，其特征在于：该多重彩虹演示装置还包括光源接收器，所述光源接收器包括环形光屏、底座、水滴产生器和支架，所述环形光屏位于底座上，其侧面上有开孔，所述水滴产生器固定于支架上，该水滴产生器的下端伸入到环形光屏内。

所述环形光屏内侧面上标有角刻度，用于测量出射光的偏向角。

所述光源为激光器或激光笔。

所述演示装置还包括一个扩束透镜，可以演示完整的亚历山大带。

所述多重彩虹演示装置还包括一光源支撑架，用于安放光源。

采用本发明多重彩虹演示装置，能够简单、方便地演示多重彩虹，易于学生理解多重彩虹形成的原理。

附图说明

图1是本发明的结构简图，其中1—环形光屏，2—底座，3—开孔，4—水滴产生器，5—支架，6—角刻度，7—光源支撑架，8—光源。

图2表示彩虹级次与最小偏向角之间的关系。

具体实施方式

实施例1 本发明的具体结构

本发明提供的多重彩虹演示装置，包括光源8，该多重彩虹演示装置还包括光源接收器，所述光源接收器包括环形光屏1、底座2、水滴产生器3和支架4，所述环形光屏1位于底座2上，其侧面上有开孔3，所述水滴产生器4固定于支架5上，该水滴产生器4的下端伸入到环形光屏1内。环形光屏1内侧面上标有角刻度6，用于测量出射光的偏向角，光源8可为激光器或激光笔。例如激光器可以采用He-Ne激光器，其激光波长为632.8nm，功率为5mW。该多重彩虹演示装置还可以包括一个光源支撑架7，用于安放光源8。另外，该多重彩虹演示装置也可以包括一个扩束透镜，用于演示出完整的亚历山大带。

使用本发明提供的多重彩虹演示装置的具体方法如下：

      将注射器吸入少量净水固定在支架上，用注射器轻轻推出一个接近于球形的水珠，通过支架调节注射器的水平位置，使水珠处于环形光屏下端面中心的正上方。打开激光器，使入射光经过光屏的开孔水平入射到水珠上。光屏内侧面上标有角刻度，可以用来测量出射光的偏向角。

如果入射光正对水珠的球心，这时的光线以透射为主，偏向角也很小，在水珠正前方、环形光屏的内侧面形成一个亮斑，为0级光，它与彩虹无关。通过支架，稍许调节水珠的水平位置，使得入射光照在水珠略偏一些的位置上，这时可以发现0级光向另一侧移动，直到入射光照到某个位置会发现水珠的后方出现一个明亮的光带，它一端是渐暗的，另一端光强渐增直到一个圆弧状明暗边界，这就是最小偏向角，即彩虹出现的位置。使用适当的注射器针头并调节水珠大小，同时轻微调节水珠的受光位置，可以同时看到多重彩虹。取水的折射率为1.331，利用（1）和（2）式容易求出各级彩虹的角位置。

 

                   （1）

（2）

其中，i为水珠外表面的入射角，r为折射角，θ为偏向角（出射光与入射光方向之间的夹角），k表示反射次数，n表示水的折射率。

我们又在实验中测量了前9级彩虹的角度，两者符合很好，见图2。我们将激光器与开孔之间增加扩束透镜，使得入射光照到整个水珠上，这时出现了完整的亚历山大带。