[發明專利]一種再現霓與虹的觀測裝置

有效

• 申請號: 202210196092.X
• 申請日: 2022-03-01
• 公開（公告）號: CN114724444B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 張朋波;涂余閩;曾鈳;曾夢海;彭勇
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G09B23/22
• 分類號: G09B23/22
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 隋秀文

本發明提供一種再現霓與虹的觀測裝置，包括白光光源、帶光源口遮光蓋、圓柱形白屏、霓與虹標尺、透明玻璃球、暗箱骨架、圓柱暗箱和底座。白光光源卡在帶光源口遮光蓋，帶光源口遮光蓋與暗箱骨架頂端固接，霓與虹標尺、圓柱暗箱和透明玻璃球支架與暗箱骨架固接，暗箱骨架與底座固接，圓柱形白屏貼在圓柱暗箱內壁，透明玻璃球放在透明玻璃球支架上，白光光源能實現垂直照射玻璃球，在圓柱形白屏上同時再現霓和虹現象。本發明能夠同時再現霓與虹，直觀反應霓和虹的產生原理，能觀測不同水滴大小對霓和虹現象的影響；本裝置體積小、效率高、成本低，便于推廣到課堂教學和科技館中。

技術領域

本發明屬于物理光學領域，涉及一種采用光學方法再現霓與虹的觀測裝置。

背景技術

霓與虹是一種絢麗的自然現象。霓與虹形成原理涉及到物理中光的折射、反射和色散等知識，人類對霓與虹形成存在認識難度，特別是中/小學生。目前大多采用三棱鏡或光柵，噴水霧等方法和裝置演示彩虹形成，演示效果較差，與真實彩虹形成原理相差大，特別是缺乏觀測霓的實驗裝置或演示裝置。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種再現霓與虹的觀測裝置，采用點光源來模擬太陽光，入射光垂直照射透明玻璃球，創新性的設計了圓柱形曲面白屏，實現了同時再現霓與虹，且可觀測霓與虹現象隨玻璃球大小的變化；設計新穎和使用簡便，效果直觀，成本低，易于推廣。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種再現霓與虹的觀測裝置，所述的觀測裝置基于光學方法實現，能夠同時再現整圓形霓與虹現象，演示霓與虹形成的光學原理，測量虹觀測位置與入射光線的夾角；所述觀測裝置包括白光光源1、帶光源口的遮光蓋2、圓柱形白屏3、霓與虹標尺4、透明玻璃球5、透明玻璃球支架6、暗箱骨架7、圓柱暗箱8和底座9。

所述的暗箱骨架7由三個復合板構成，任意兩個相鄰復合板之間的夾角為120度；三個復合板的底部固定在底座9上，三個復合板的頂部相交處安裝帶光源口的遮光蓋2。三個復合板靠近中心的一側中部均設有相同大小的矩形缺口，用于放置圓柱暗箱8。所述的三個復合板為復合板A7-1、復合板B7-2、復合板C7-3，其中，復合板A7-1與復合板B7-2之間為觀測面，復合板A7-1與復合板C7-3，復合板B7-2與復合板C7-3之間為觀測裝置背面。

所述的圓柱暗箱8固定在暗箱骨架7三個復合板中間的矩形缺口處，圓柱暗箱8包括上下兩部分：所述圓柱暗箱8的下半部分為完整空心圓柱結構且底部有封口，其底面不與底座9表面接觸。所述圓柱暗箱8的上半部分在觀測面開口120度的豁口，即圓柱暗箱8的上半部分在復合板A7-1與復合板B7-2之間，而在復合板A7-1與復合板C7-3之間和復合板B7-2與復合板C7-3之間設有弧形壁面結構，圓柱形白屏3貼在該弧形壁面的內壁，圓柱暗箱8的上半部分的頂部嵌在遮光蓋2圓環結構內。

所述的帶光源口的遮光蓋2為頂部封口的圓環結構，頂面中部設有通孔，用于安裝白光光源1，即白光光源1卡在帶光源口的遮光蓋2的中心通孔處。所述白光光源1在垂直方向可上下移動。

所述的標尺A4-1、標尺B4-2均用于標記霓和虹的對應位置，具體的：所述的標尺A4-1為薄片狀結構，其上設有刻度線(最小刻度為0.5mm)，標尺A4-1粘貼在圓柱形白屏3最右側壁面上，緊鄰復合板A7-1開設的矩形缺口處，其中標尺A4-1的刻度線貼合白屏3壁面；所述的標尺B4-2為矩形板狀結構，其上設有刻度線(最小刻度為0.5mm)，標尺B4-2垂直布置在復合板A7-1上，距離復合板A7-1開設的矩形缺口為2.5cm，標尺B4-2的刻度線與復合板A7-1垂直。所述標尺A4-1、標尺B4-2的長度相同，兩標尺位置之間的水平距離為2.5cm，其頂部與圓柱暗箱8頂部平齊，底部與透明玻璃球5的頂面平齊。所述的標尺A4-1、標尺B4-2能夠標記出霓和虹的對應位置，通過兩個標尺之間的距離及相應的幾何關系式，能夠獲得虹位置與入射光線之間的夾角，并還能夠驗證出射光線(虹)與入射光線的夾角(40度-43度)。