專利名稱：多重彩虹演示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物理教學(xué)演示教具，具體涉及一種幾何光學(xué)教學(xué)所用多重彩虹演示裝置。
背景技術(shù)：
彩虹是大自然中經(jīng)常觀察到的景象。教科書對于彩虹的原理少有提及，通常見到的解釋僅限于科普層面，即陽光射到空中圓形水珠上，經(jīng)過折射以及水珠內(nèi)的一次反射形成彩虹，彩色的形成原因是陽光的色散，虹(主虹)出現(xiàn)在40-42°。如果光線在水珠內(nèi)反射兩次，便形成霓(副虹)，出現(xiàn)在50-53°，所以副虹位置在主虹之外。然而，這樣的解釋是不 能令人滿意的。通過能夠演示彩虹產(chǎn)生現(xiàn)象的儀器，就能夠很好的幫助學(xué)生理解其形成原理。但是，現(xiàn)有的試驗儀器，例如人工噴水造成的彩虹在教室內(nèi)實施很不方便，同時不能夠很好的演示多重彩虹。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多重彩虹演示裝置，能夠簡單、方便地演示多重彩虹，易于學(xué)生理解。本發(fā)明提供一種多重彩虹演示裝置，包括光源，其特征在于該多重彩虹演示裝置還包括光源接收器，所述光源接收器包括環(huán)形光屏、底座、水滴產(chǎn)生器和支架，所述環(huán)形光屏位于底座上，其側(cè)面上有開孔，所述水滴產(chǎn)生器固定于支架上，該水滴產(chǎn)生器的下端伸入到環(huán)形光屏內(nèi)。所述環(huán)形光屏內(nèi)側(cè)面上標(biāo)有角刻度，用于測量出射光的偏向角。所述光源為激光器或激光筆。所述演示裝置還包括一個擴束透鏡，可以演示完整的亞歷山大帶。所述多重彩虹演示裝置還包括一光源支撐架，用于安放光源。采用本發(fā)明多重彩虹演示裝置，能夠簡單、方便地演示多重彩虹，易于學(xué)生理解多重彩虹形成的原理。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡圖，其中I一環(huán)形光屏，2—底座，3—開孔，4一水滴產(chǎn)生器，5—支架，6—角刻度，7—光源支撐架，8—光源。圖2表示彩虹級次與最小偏向角之間的關(guān)系。
具體實施例方式實施例I本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)
本發(fā)明提供的多重彩虹演示裝置，包括光源8，該多重彩虹演示裝置還包括光源接收器，所述光源接收器包括環(huán)形光屏I、底座2、水滴產(chǎn)生器3和支架4，所述環(huán)形光屏I位于底座2上，其側(cè)面上有開孔3，所述水滴產(chǎn)生器4固定于支架5上，該水滴產(chǎn)生器4的下端伸入到環(huán)形光屏I內(nèi)。環(huán)形光屏I中用于測量出射光的偏向角，光源、名可為激光器或激光筆。例如激光器可以采用He-Ne激光器，其激光波長為632. 8nm，功率為5mW。該多重彩虹演示裝置還可以包括一個光源支撐架7，用于安放光源8。另外，該多重彩虹演示裝置也可以包括一個擴束透鏡，用于演示出完整的亞歷山大帶。使用本發(fā)明提供的多重彩虹演示裝置的具體方法如下
將注射器吸入少量凈水固定在支架上，用注射器輕輕推出一個接近于球形的水珠，通過支架調(diào)節(jié)注射器的水平位置，使水珠處于環(huán)形光屏下端面中心的正上方。打開激光器，使入射光經(jīng)過光屏的開孔水平入射到水珠上。光屏內(nèi)側(cè)面上標(biāo)有角刻度，可以用來測量出射光的偏向角。 如果入射光正對水珠的球心，這時的光線以透射為主，偏向角也很小，在水珠正前方、環(huán)形光屏的內(nèi)側(cè)面形成一個亮斑，為0級光，它與彩虹無關(guān)。通過支架，稍許調(diào)節(jié)水珠的水平位置，使得入射光照在水珠略偏一些的位置上，這時可以發(fā)現(xiàn)0級光向另一側(cè)移動，直到入射光照到某個位置會發(fā)現(xiàn)水珠的后方出現(xiàn)一個明亮的光帶，它一端是漸暗的，另一端光強漸增直到一個圓弧狀明暗邊界，這就是最小偏向角，即彩虹出現(xiàn)的位置。使用適當(dāng)?shù)淖⑸淦麽橆^并調(diào)節(jié)水珠大小，同時輕微調(diào)節(jié)水珠的受光位置，可以同時看到多重彩虹。取水的折射率為I. 331，利用(I)和(2)式容易求出各級彩虹的角位置。
Qk - Jttt+ 2i - 2(1:+1) ycsm(- an i)(I)
'n
I^ — I~
cosi = I.............................................(2)
Mk+ 2)
其中，i為水珠外表面的入射角，^■為折射角，9為偏向角(出射光與入射光方向之間的夾角)，k表示反射次數(shù)，n表示水的折射率。我們又在實驗中測量了前9級彩虹的角度，兩者符合很好，見圖2。我們將激光器與開孔之間增加擴束透鏡，使得入射光照到整個水珠上，這時出現(xiàn)了完整的亞歷山大帶。
權(quán)利要求
1.一種多重彩虹演示裝置，包括光源，其特征在于該多重彩虹演示裝置還包括光源接收器，所述光源接收器包括環(huán)形光屏、底座、水滴產(chǎn)生器和支架，所述環(huán)形光屏位于底座上，其側(cè)面上有開孔，所述水滴產(chǎn)生器固定于支架上，該水滴產(chǎn)生器的下端伸入到環(huán)形光屏內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述多重彩虹演示裝置，其特征在于所述環(huán)形光屏內(nèi)側(cè)面上標(biāo)有角刻度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述多重彩虹演示裝置，其特征在于所述光源為激光器或激光筆。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述多重彩虹演示裝置，其特征在于所述演示裝置還包括一個擴束透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述多重彩虹演示裝置，其特征在于所述多重彩虹演示裝置還包括一光源支撐架，用于安放光源。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多重彩虹演示裝置。所述多重彩虹演示裝置，包括光源，和光源接收器，所述光源接收器包括環(huán)形光屏、底座、水滴產(chǎn)生器和支架，所述環(huán)形光屏位于底座上，其側(cè)面上有開孔，所述水滴產(chǎn)生器固定于支架上，該水滴產(chǎn)生器的下端伸入到環(huán)形光屏內(nèi)。采用本發(fā)明多重彩虹演示裝置，能夠簡單、方便地演示多重彩虹，易于學(xué)生理解。
文檔編號G09B23/22GK102637379SQ20121013603
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者周惠君, 王思慧, 王燁飛 申請人:南京大學(xué)