[发明专利]一种简便的虹和霓复现装置及方法

说明书

本发明公开一种简便的虹和霓复现装置及方法，装置包括实心匀质透明球、光纤输出钨灯光源、以及光学平板，光学平板上可移动地布置观察光屏、实心球底座以及光源底座，光源底座设置旋转机构和升降机构，实心球底座设置升降机构，实心球设置多个，一个实心球底座顶端设置一个实心匀质透明球，布置观察光屏的位置处设置有光谱仪积分球，光纤输出钨灯光源安装在光源底座上，设置多个实心匀质透明球，观察光屏垂直于光学平板放置；通过实心匀质透明球、光纤输出钨灯光源等器材复现出亮度高、色彩亮丽的虹霓，集现象演示与参数测量于一体，能够研究虹霓形成原理，揭示虹霓成因区别，具有教学功能，在光学实验教学和科普教育中具有应用价值。

技术领域

本发明属于虹霓复现装置领域，具体涉及一种简便的虹和霓复现装置及方法。

背景技术

虹和霓是自然界中太阳光在射入空气中悬浮的小水滴后发生一系列折射、反射而形成的现象。虹的出现是阳光进入水滴时发生折射、在内表面发生反射后再发生折射的结果，外圈为红色，内圈为紫色；霓的出现是阳光进入水珠时发生折射、在内表面发生两次反射后再发生折射的结果，外圈为紫色，内圈为红色。

为了研究虹和霓形成原理，需要在实验室环境中复现虹与霓。实验室中可用直径合适的实心匀质透明球代替水滴，在复色光源以合适的角度与距离照射单个球时，就能形成虹和霓。此时将观察光屏置于适当位置，就能使虹、霓复现于观察光屏上。但专利CN201421013Y中使用单球复现只能简单地复现出一道虹和一道霓，既不能简明揭示虹、霓形成原理的不同，也不能模拟自然界中阳光经过多个小水滴后形成的虹的叠加。另外，现有技术中，向空气中喷洒水雾来复现虹霓的方法，对实验场地、所用光源等实验条件要求高，操作难度大，不易复现霓且难以进行量化研究；用球形、圆柱形等器皿复现虹霓的方法中，容器壁会影响复现效果，且虹霓的形成原理也与自然界中虹霓的形成原理有所不同，因此不满足教学及科普演示的需要；专利CN113823160A中所用方法无法使虹与霓同屏出现，不利于对比观察，且容器形状为方形，整体是一个复合单体，与自然情况中的球形水滴存在一定差距。

发明内容

本发明为了解决上述背景技术中提出的问题，提供一种简便的虹和霓复现装置及方法，通过实心匀质透明球、光纤输出钨灯光源等器材复现出亮度高、色彩亮丽的虹霓，集现象演示与参数测量于一体，同时能够研究虹霓形成原理，揭示虹霓成因区别，具有一定教学功能，在光学实验教学和科普教育中具有重要的实际应用价值。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种简便的虹和霓复现装置，包括实心匀质透明球、光纤输出钨灯光源、观察光屏、光学平板、实心球底座以及光源底座，观察光屏、实心球底座以及光源底座均可移动地布置在光学平板上，光源底座设置旋转机构和升降机构，实心球底座设置升降机构，实心球设置多个，一个实心球底座顶端设置一个实心匀质透明球，布置观察光屏的位置处设置有光谱仪积分球，光纤输出钨灯光源安装在光源底座上，当布置多个实心匀质透明球时，沿着光线方向，下一个实心匀质透明球布置在上一个实心匀质透明球的出射光强最强的方向上，观察光屏垂直于光学平板放置。

光学平板上设置有标尺，实心球底座以及光源底座上标识有底座底面形心的标识。

所述升降机构采用套管式升降支柱。

所述旋转机构包括指针、转轴和360°量角器，指针固定在360°量角器上方的转轴上，360°量角器固定安装在光源底座上，光源底座上设置转轴，光纤输出钨灯光源与转轴顶部连接。

实心球底座以及光源底座设置磁性底座，实心球底座以及光源底座通过磁性底座布置在光学平板上。

实心匀质透明球设置有六个，三个一组，一组实心匀质透明球共用一个光纤输出钨灯光源。

光谱仪积分球放置于观察光屏下方，光谱仪积分球是进光孔所在平面与观察光屏平行。