本发明专利技术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。本发明专利技术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。便于推广到课堂教学和科技馆中。便于推广到课堂教学和科技馆中。
【技术实现步骤摘要】
一种再现霓与虹的观测装置
[0001]本专利技术属于物理光学领域，涉及一种采用光学方法再现霓与虹的观测装置。
技术介绍
[0002]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。
技术实现思路
[0003]针对现有技术存在的问题，本专利技术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。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]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。
[0006]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
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1、复合板B7
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2、复合板C7
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3，其中，复合板A7
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1与复合板B7
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2之间为观测面，复合板A7
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1与复合板C7
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3，复合板B7
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2与复合板C7
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3之间为观测装置背面。
[0007]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
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1与复合板B7
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2之间，而在复合板A7
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1与复合板C7
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3之间和复合板B7
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2与复合板C7
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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。
[0008]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。
[0009]所述的标尺A4
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1、标尺B4
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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
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1开设的矩形缺口处，其中标尺A4
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1的刻度线贴合白屏3壁面；
所述的标尺B4
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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
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2垂直布置在复合板A7
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1上，距离复合板A7
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1开设的矩形缺口为2.5cm，标尺B4
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2的刻度线与复合板A7
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1垂直。所述标尺A4
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1、标尺B4
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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
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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)。
[0010]所述的透明玻璃球支架6位于圆柱暗箱8下部圆环结构的中间，且固定在暗箱骨架7上。所述的透明玻璃球5放在透明玻璃球支架6上，且透明玻璃球5位于白光光源1正下方。
[0011]所述的白光光源1的出射光中心正对透明玻璃球5球心，经透明玻璃球5折射反射在圆柱形白屏3上能同时观测到霓和虹现象。白光光源1发出的光照射在透明玻璃球5，在圆柱形白屏3上呈现圆形霓与虹，虹在上面而霓在下面，通过放置不同直径大小的透明玻璃球5，能够模拟水滴大小对形成霓与虹现象的影响。
[0012]进一步的，所述的白光光源1为点光源。
[0013]进一步的，所述的透明玻璃球5直径尺寸为5cm
‑
10cm。
[0014]进一步的，本专利技术设计的观测窗口是120度宽窗口，便于观测，实现了室内室外正常环境下观测霓与虹，现象清晰。
[0015]本专利技术的实现过程及原理为：
[0016]打开白光光源1，发出的可见白光垂直照射在透明玻璃球5上，白光光源1与透明玻璃球5之间的距离可调节，保证光线能照到整个玻璃球5，其中一部分光将进入透明玻璃球5内且发生折射，折射的光线照射到玻璃球5另一端的内表面时发生一次反射，然后该反射光线从玻璃球5某位置射出且发生折射，最终射出的光线照射到圆柱形白屏3上，形成颜色上紫下红的水平圆形七彩光谱，这便是虹现象，位于圆柱形白屏3上半边。同时，一部分射入透明玻璃球5内的光线，在玻璃球内表面发生一次反射后，反射的光线在玻璃球内表面会再次(二次)发生反射，反射的光线从玻璃球某位置射出且发生折射，最终射出的光线照射到半透明的圆柱形白屏3上，形成颜色上红下紫内的水平圆形七彩光谱，这便是霓现象，位于圆柱形白屏3下半边。创新性的设计了圆柱形曲面白屏是为了能同时呈现虹与霓。
[0017]当固定白光光源1与透明玻璃球5之间距离时，通过放置不同直径大小的透明玻璃球5，能够模拟水滴大小对形成霓与虹现象的影响。
[0018]当透明玻璃球5直径大小固定时，打开白光光源1后：
[0019]其一，能够在白屏3上观测到霓。
[0020]其二，能够在白屏3上观测到虹，并通过观测虹在标尺A4
‑
1和标尺B4
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2上对应的具体刻度位置，能够准确获得虹在两标尺之间的高度差值h，利用入射光线与水平方向夹角公式θ＝arctan(h/d)，计算出θ，然后带入α＝90
°–
θ公式便可获得虹位置与手电筒发出光线夹角，验证理论结果。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]本装置通过创新性的设计圆柱形曲面白屏，实现了同时再现霓与虹；通过白光光源照射不同直径大小的透明本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种再现霓与虹的观测装置，其特征在于，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A(7
‑
1)、复合板B(7
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2)、复合板C(7
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3)，其中，复合板A(7
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1)与复合板B(7
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2)之间为观测面，复合板A(7
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1)与复合板C(7
‑
3)，复合板B(7
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2)与复合板C(7
‑
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，复合板A(7
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1)与复合板C(7
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3)之间和复合板B(7
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2)与复合板C(7
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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)；所述白光光源(1)在垂直方向可上下移动；所述的标尺A(4
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1)、标尺B(4
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2)均用于标记霓和虹的对应位置，具体的：所述的标尺A(4
【专利技术属性】
技术研发人员：张朋波，涂余闽，曾钶，曾梦海，彭勇，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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