[发明专利]一种再现霓与虹的观测装置

说明书

本发明提供一种再现霓与虹的观测装置，包括白光光源、带光源口遮光盖、圆柱形白屏、霓与虹标尺、透明玻璃球、暗箱骨架、圆柱暗箱和底座。白光光源卡在带光源口遮光盖，带光源口遮光盖与暗箱骨架顶端固接，霓与虹标尺、圆柱暗箱和透明玻璃球支架与暗箱骨架固接，暗箱骨架与底座固接，圆柱形白屏贴在圆柱暗箱内壁，透明玻璃球放在透明玻璃球支架上，白光光源能实现垂直照射玻璃球，在圆柱形白屏上同时再现霓和虹现象。本发明能够同时再现霓与虹，直观反应霓和虹的产生原理，能观测不同水滴大小对霓和虹现象的影响；本装置体积小、效率高、成本低，便于推广到课堂教学和科技馆中。

技术领域

本发明属于物理光学领域，涉及一种采用光学方法再现霓与虹的观测装置。

背景技术

霓与虹是一种绚丽的自然现象。霓与虹形成原理涉及到物理中光的折射、反射和色散等知识，人类对霓与虹形成存在认识难度，特别是中/小学生。目前大多采用三棱镜或光栅，喷水雾等方法和装置演示彩虹形成，演示效果较差，与真实彩虹形成原理相差大，特别是缺乏观测霓的实验装置或演示装置。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种再现霓与虹的观测装置，采用点光源来模拟太阳光，入射光垂直照射透明玻璃球，创新性的设计了圆柱形曲面白屏，实现了同时再现霓与虹，且可观测霓与虹现象随玻璃球大小的变化；设计新颖和使用简便，效果直观，成本低，易于推广。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种再现霓与虹的观测装置，所述的观测装置基于光学方法实现，能够同时再现整圆形霓与虹现象，演示霓与虹形成的光学原理，测量虹观测位置与入射光线的夹角；所述观测装置包括白光光源1、带光源口的遮光盖2、圆柱形白屏3、霓与虹标尺4、透明玻璃球5、透明玻璃球支架6、暗箱骨架7、圆柱暗箱8和底座9。

所述的暗箱骨架7由三个复合板构成，任意两个相邻复合板之间的夹角为120度；三个复合板的底部固定在底座9上，三个复合板的顶部相交处安装带光源口的遮光盖2。三个复合板靠近中心的一侧中部均设有相同大小的矩形缺口，用于放置圆柱暗箱8。所述的三个复合板为复合板A7-1、复合板B7-2、复合板C7-3，其中，复合板A7-1与复合板B7-2之间为观测面，复合板A7-1与复合板C7-3，复合板B7-2与复合板C7-3之间为观测装置背面。

所述的圆柱暗箱8固定在暗箱骨架7三个复合板中间的矩形缺口处，圆柱暗箱8包括上下两部分：所述圆柱暗箱8的下半部分为完整空心圆柱结构且底部有封口，其底面不与底座9表面接触。所述圆柱暗箱8的上半部分在观测面开口120度的豁口，即圆柱暗箱8的上半部分在复合板A7-1与复合板B7-2之间，而在复合板A7-1与复合板C7-3之间和复合板B7-2与复合板C7-3之间设有弧形壁面结构，圆柱形白屏3贴在该弧形壁面的内壁，圆柱暗箱8的上半部分的顶部嵌在遮光盖2圆环结构内。

所述的带光源口的遮光盖2为顶部封口的圆环结构，顶面中部设有通孔，用于安装白光光源1，即白光光源1卡在带光源口的遮光盖2的中心通孔处。所述白光光源1在垂直方向可上下移动。

所述的标尺A4-1、标尺B4-2均用于标记霓和虹的对应位置，具体的：所述的标尺A4-1为薄片状结构，其上设有刻度线(最小刻度为0.5mm)，标尺A4-1粘贴在圆柱形白屏3最右侧壁面上，紧邻复合板A7-1开设的矩形缺口处，其中标尺A4-1的刻度线贴合白屏3壁面；所述的标尺B4-2为矩形板状结构，其上设有刻度线(最小刻度为0.5mm)，标尺B4-2垂直布置在复合板A7-1上，距离复合板A7-1开设的矩形缺口为2.5cm，标尺B4-2的刻度线与复合板A7-1垂直。所述标尺A4-1、标尺B4-2的长度相同，两标尺位置之间的水平距离为2.5cm，其顶部与圆柱暗箱8顶部平齐，底部与透明玻璃球5的顶面平齐。所述的标尺A4-1、标尺B4-2能够标记出霓和虹的对应位置，通过两个标尺之间的距离及相应的几何关系式，能够获得虹位置与入射光线之间的夹角，并还能够验证出射光线(虹)与入射光线的夹角(40度-43度)。