一种模拟彩虹的装置

1.本实用新型涉及一种模拟彩虹的装置，属于彩虹再现设备的技术领域。


背景技术：

2.彩虹，就是太阳光照射在空气中的小水珠上，经过折射-反射-折射形成的。太阳光遇到小水珠，从空气进入水中时，在界面上发生第一次折射，由于水对不同色光的折射率不同，所以以相同入射角入射的不同色光折射后的折射角不同，发生色散现象，紫光折射角最小，红光折射角最大；光线在小水珠内行进，到达水与空气的交界面时，发生反射；最后从水珠中出来时，发生第二次折射，紫光光线和红光光线角度继续扩大，由此形成彩虹。
3.例如专利公开号为cn2459673y的中国专利公开了一种光束分解装置,为解决目前没有自然界彩虹模拟成像装置而设计。其结构是在一平面基板上密布有一层无色透明微珠。
4.上述专利所述的该装置结构简单,光束分解及彩虹成像清晰,日光及电光源均可适用,既可作为一种观察光的分解的学具和教具,也可成为科普场馆及旅游景点增添趣味性的新用具；但是仅仅只能显示一种粒径玻璃微珠产生的彩虹，不可以同时产生多种粒径的玻璃微珠出现的彩虹，且产生的色散不明显，不利于学生观察比较，而且黑色纸板并不牢固，容易软塌，影响效果。且上述专利认为，玻璃微珠越小越好，实际再现效果并非玻璃微珠越小越好，而是应当有一个最优的尺寸。
5.因此，为解决上述背景问题，研发一种模拟彩虹的装置是迫在眉睫的。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是为了解决上述背景问题中提出的问题，提供一种模拟彩虹的装置，它能够同时看到粒径不同的玻璃微珠产生的彩虹效果，且更加容易保存和方便携带。
7.本实用新型的目的是这样实现的：一种模拟彩虹的装置，包括第一再现单元、第二再现单元、第三再现单元和第四再现单元，四个单元之间设置有连接层；
8.所述第一再现单元、第二再现单元、第三再现单元和第四再现单元均包括基层板，所述基层板上部设置有底衬层，所述底衬层上部设置有喷胶层；
9.在喷胶层上均匀粘有玻璃微珠层；
10.所述第一再现单元、第二再现单元、第三再现单元和第四再现单元内玻璃微珠的直径按各单元次序从小到大依次排布。
11.优选的，所述第一再现单元内玻璃微珠的直径为0.1mm-0.15mm；
12.优选的，所述第二再现单元内玻璃微珠的直径为0.15mm-0.20mm；
13.优选的，所述第三再现单元内玻璃微珠的直径为0.2mm-0.3mm；
14.优选的，所述第四再现单元内玻璃微珠的直径为0.3mm-0.4mm。
15.优选的，所述连接层设置在基层板侧壁；所述连接层为拼接卡槽连接结构，包括用于配合拼接的凸起和卡槽。
16.优选的，所述基层板采用亚克力板结构；
17.优选的，所述底衬层设置为黑色不反光背景纸。
18.相比于现有技术，本实用新型具有以下优点：
19.本实用新型的一种模拟彩虹的装置，在四块再现单元前放置一点光源，可以发现四个不同部分的彩虹组成一个圆形彩虹，更加方便比较不同粒径彩虹的效果。且会发现，玻璃微珠直径在0.15mm-0.20mm时有较好的再现效果。也可以直接利用太阳光再现彩虹，无需其他光源。且不同于自然界中只有在早晨和傍晚前才能出现彩虹，该装置利用太阳光再现彩虹的时间不受限制，只要有阳光就可以再现。
20.此外，还可以比较光源由近及远比较彩虹的效果。光源越近产生的彩虹越细，越远越宽；也可以采用单一色的光源照射，形成单色虹。采用本装置能够方便且清晰的观察到彩虹，还可以同时看到粒径不同的玻璃微珠产生的彩虹效果，且结构牢固，不容易软塌，更加容易保存；四个单元的拼接结构，组合灵活，拆开后也方便携带。
附图说明
21.图1为本实用新型的一种模拟彩虹的装置的整体结构示意图。
22.图2为本实用新型的一种模拟彩虹的装置的侧视结构图。
23.图3为本实用新型的一种模拟彩虹的装置的各单元之间拼接卡槽连接结构示意图及其拼接方向。
24.图4为本实用新型的一种模拟彩虹的装置的虹的产生的光路图。
25.其中：1、第一再现单元；2、第二再现单元；3、第三再现单元；4、第四再现单元；5、基层板；6、底衬层；7、喷胶层；8、玻璃微珠层；9、连接层。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本实用新型加以说明：
27.如图1～4所示，一种模拟彩虹的装置，包括第一再现单元1、第二再现单元2、第三再现单元3和第四再现单元4，所述四个单元之间设置有可拼接卡槽连接层9；
28.所述第一再现单元1、第二再现单元2、第三再现单元3和第四再现单元4均包括基层板5，所述基层板5上部设置有底衬层6，所述底衬层6上部设置有喷胶层7；
29.在喷胶层7上均匀粘有玻璃微珠层8；
30.所述第一再现单元1、第二再现单元2、第三再现单元3和第四再现单元4内玻璃微珠的直径按各单元次序从小到大依次排布。
31.在本实施例中，所述连接层9设置在基层板5侧壁；所述连接层9为拼接卡槽连接结构，包括用于配合拼接的凸起和卡槽。
32.在本实施例中，玻璃微珠层8内的玻璃微珠均为球形结构。
33.在本实施例中，采取一种模拟彩虹的装置，其中基层板5采用亚克力板结构，底衬层6设置为黑色不反光背景纸。具体操作如下：先将黑色不反光背景纸粘在亚克力板上，然后在黑色不反光背景纸上喷上喷胶层7，迅速撒上玻璃微珠形成玻璃微珠层8，立刻快速抖动亚克力板，使其分布均匀，再使用其他粒径的玻璃微珠对于其他再现单元进行相同的操作，最后将四块亚克力板用拼接卡槽连接在一起。
34.在本实施例中，亚克力板大小设置为10cm
×
10cm。
35.在本实施例中，所述第一再现单元1内玻璃微珠的直径为0.1mm-0.15mm；所述第二再现单元2内玻璃微珠的直径为0.15mm-0.20mm；所述第三再现单元3内玻璃微珠的直径为0.2mm-0.3mm；所述第四再现单元4内玻璃微珠的直径为0.3mm-0.4mm。随后只需要在四块亚克力板中央前面放置一点光源，可以发现四个不同部分的彩虹组成一个圆形彩虹，更加方便比较不同粒径彩虹的效果；也可以在单个单元前放置一点光源，只观察此单元产生的彩虹。也可以直接将玻璃微珠板正对着太阳光，利用太阳光再现彩虹。人背对太阳，面朝玻璃微珠板即可观察到圆形彩虹。且不同于自然界中只有在早晨和傍晚前才能出现彩虹，该装置利用太阳光再现彩虹的时间不受限制，只要有阳光就可以再现。
36.在本实施例中，本实用新型的一种模拟彩虹的装置外围还可以通过塑封保护，以免玻璃微珠的掉落和保护透明微珠层，但是塑封会影响彩虹出现的效果，用于展览时可以进行塑封。
37.如图4所示，在本实施例中，本实用新型的一种模拟彩虹的装置的虹的产生的光路图。光线进入玻璃微珠的入射角为i1，在界面折射后的折射角为i2，从玻璃微珠中出射光线与入射太阳光线的夹角，即偏折角为α。
38.由几何光学可知，偏折角α，入射角i1，折射角i2关系如下：
[0039]0°
≤i1≤90
°
[0040]
∠bad＝i
1-i2[0041]
∠abd＝∠ado-∠bad＝2i
2-i1[0042]
α＝2∠abd＝4i
2-2i1[0043]
而：
[0044]
可得，偏折角
[0045][0046]
即太阳光在玻璃微珠界面折射时的入射角不同，则偏折角不同。偏折角随入射角大小而改变。因为玻璃微珠是球形的，入射角范围为0
°
～90
°
。则偏折角随入射角变化最慢的角度即为能够看到彩虹的角度。该角度可以由求导计算得到：
[0047][0048]
令得：
[0049]
解得：
[0050]
玻璃微珠折射率n＝1.5，则可算得：
[0051]
i1＝49.8
°
α＝22.8
°
[0052]
即在22.8
°
的圆锥半顶角附近，可以观察到彩虹。
[0053]
以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。