本發(fā)明屬于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種海市蜃樓現(xiàn)象與光線彎曲傳輸徑跡實(shí)驗(yàn)演示裝置。

背景技術(shù)：

海市蜃樓是地球上物體反射的太陽光經(jīng)大氣折射而形成的物體的虛像。它的生成是在特定的天氣形勢(shì)和氣象條件下，與地理位置、地球物理?xiàng)l件有密切聯(lián)系。由于出現(xiàn)時(shí)間短，準(zhǔn)確的記錄較少，地域飄忽不定，有很大的神秘性。這給學(xué)生和公眾了解海市蜃樓形成的原理造成很大困難。

利用在液體建立梯度折射率場(chǎng)來演示“海市蜃樓”現(xiàn)象，是目前國內(nèi)外唯一的實(shí)驗(yàn)演示方法。其特征都是利用水槽底部放置大顆粒鹽(或糖塊)的自然溶解，在水槽中形成垂直方向的濃度梯度場(chǎng)，根據(jù)液體濃度與折射率的關(guān)系，獲得梯度折射率介質(zhì)。但其存在下面幾方面的問題：一、大顆粒鹽(或糖塊)自然溶解形成要求濃度梯度的時(shí)間很長，一般需要超過140多小時(shí)，而放置1個(gè)月左右，濃度梯度又會(huì)不可恢復(fù)的自然消失，因此實(shí)驗(yàn)效率低，無法重復(fù)使用。二、大顆粒鹽(或糖塊)自然溶解形成的濃度梯度和尺度不可控，梯度的定量測(cè)量難度很大。三、自然形成的濃度梯度的穩(wěn)定性受環(huán)境溫度、振動(dòng)影響大，且不能移動(dòng)。以上幾點(diǎn)都使得利用大顆粒鹽(或糖塊)的自然溶解形成的梯度折射率場(chǎng)無法定量研究非均勻介質(zhì)中光傳輸特性。同時(shí)與自然界中由于溫度梯度形成海市蜃樓現(xiàn)象的物理原理有顯著差異，因此利用大顆粒鹽(或糖塊)自然溶解形成的濃度梯度場(chǎng)，只是模擬“海市蜃樓”現(xiàn)象，而不屬于真正的物理演示。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述演示方法的不足,提供一種設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單、演示效果更直觀的海市蜃樓現(xiàn)象與光線彎曲傳輸徑跡實(shí)驗(yàn)演示裝置。

解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：在底座上設(shè)置有水槽，底座上水槽后方設(shè)置有安裝在激光器支架上的激光器，底座上水槽右側(cè)設(shè)置有與安裝在水槽內(nèi)的傳感器相連接的多路測(cè)溫儀，水槽內(nèi)左部密封設(shè)置有與水槽前后側(cè)壁相垂直的第一隔板、右部密封設(shè)置有與水槽前后壁相垂直的第二隔板，第一隔板與水槽的左側(cè)壁、前后壁形成冷卻水槽，第二隔板與水槽的右側(cè)壁、前后壁形成對(duì)比水槽，第一隔板與第二隔板和水槽的前后側(cè)壁形成蜃景水槽，在第一隔板的豎直方向上密封鑲嵌有上半導(dǎo)體制冷片和下半導(dǎo)體制冷片，上半導(dǎo)體制冷片的熱面面向蜃景水槽，下半導(dǎo)體制冷片的冷面面向蜃景水槽，蜃景水槽內(nèi)距第一隔板5～10cm處水槽的前后側(cè)壁上密封設(shè)置有梯度板，梯度板的上端與上半導(dǎo)體制冷片的上端在同一水平面內(nèi)、下端與下半導(dǎo)體制冷片的下端在同一水平面內(nèi)，梯度板與水槽底板垂直，水槽后方與蜃景水槽和對(duì)比水槽正對(duì)的底座上分別設(shè)置有兩個(gè)第一觀察體和第二觀察體。

本發(fā)明的第一觀察體和第二觀察體結(jié)構(gòu)完全相同。

本發(fā)明的水槽為長方體透明水槽。

本發(fā)明的激光器輸出的激光束靠近并平行于梯度板的右側(cè)面透過水槽。

本發(fā)明的第一隔板和第二隔板均為透明有機(jī)玻璃板。

由于本發(fā)明采用鑲嵌在第一隔板上部的上半導(dǎo)體制冷片和鑲嵌在第一隔板下部的下半導(dǎo)體制冷片以及設(shè)置在第一隔板右側(cè)的梯度板在蜃景水槽中形成溫度上高下低的大尺度梯度溫度場(chǎng)，即大尺度梯度折射率場(chǎng),本發(fā)明在水中建立梯度溫度場(chǎng)的尺度大、速度快、成本低、安全可靠，可清晰演示海市蜃樓現(xiàn)象與原理。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的俯視圖。

圖3是圖1的右視圖。

圖4是本發(fā)明水中豎直方向的溫度梯度曲線。

圖中：1、水槽；2、第一隔板；3、上半導(dǎo)體制冷片；4、下半導(dǎo)體制冷片；5、梯度板；6、第二隔板；7、底座；8、多路測(cè)溫儀；9、傳感器；10、激光器；11、第一觀察體；12、第二觀察體；13、激光器支架。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1

在圖1、2、3中，本發(fā)明海市蜃樓現(xiàn)象與光線彎曲傳輸徑跡實(shí)驗(yàn)演示裝置,在底座7上放置有水槽1，本發(fā)明的水槽1為長方體透明水槽，底座7上水槽1后方設(shè)置有安裝在激光器支架13上的激光器10，底座7上水槽1右側(cè)設(shè)置有與安裝在水槽內(nèi)的傳感器9相連接的多路測(cè)溫儀8，通過多路測(cè)溫儀8可觀測(cè)本發(fā)明水中豎直方向的溫度梯度曲線，進(jìn)一步地，本發(fā)明的激光器10輸出的激光束靠近并平行于梯度板5的右側(cè)面透過水槽1，透過水槽1的右側(cè)壁和第二隔板6觀察蜃景水槽中內(nèi)大尺度線性梯度溫度區(qū)域中的激光束的彎曲徑跡。水槽1內(nèi)左部密封安裝有與水槽1前后側(cè)壁相垂直的第一隔板2、右部密封設(shè)置有與水槽1前后壁相垂直的第二隔板6，進(jìn)一步地，本發(fā)明的第一隔板2、第二隔板6均為透明有機(jī)玻璃板，第一隔板2與水槽1的左側(cè)壁、前后壁形成冷卻水槽，冷卻水槽內(nèi)充滿水，用于吸收半導(dǎo)體制冷片散出的熱量；第二隔板6與水槽1的右側(cè)壁、前后壁形成對(duì)比水槽，對(duì)比水槽中充滿自來水，提供均勻介質(zhì)，用于與蜃景水槽的非均勻介質(zhì)進(jìn)行比較，第一隔板2與第二隔板6和水槽1的前后側(cè)壁形成蜃景水槽，在第一隔板2的豎直方向上密封鑲嵌有上半導(dǎo)體制冷片3和下半導(dǎo)體制冷片4，上半導(dǎo)體制冷片3的熱面面向蜃景水槽，下半導(dǎo)體制冷片4的冷面面向蜃景水槽，蜃景水槽內(nèi)距第一隔板8cm處水槽1的前后側(cè)壁上密封設(shè)置有梯度板5，梯度板5的上端與上半導(dǎo)體制冷片3的上端在同一水平面內(nèi)、下端與下半導(dǎo)體制冷片4的下端在同一水平面內(nèi)，梯度板5與水槽4底板垂直，梯度板5與第二隔板5之間為大尺度線性梯度溫度區(qū)域，用于觀察演示海市蜃樓現(xiàn)象，水槽后方與蜃景水槽和對(duì)比水槽正對(duì)的底座上分別設(shè)置有第一觀察體11和第二觀察體12，進(jìn)一步地，本發(fā)明的第一觀察體11和第二觀察體12結(jié)構(gòu)完全相同，同時(shí)透過蜃景水槽和對(duì)比水槽觀察第一觀察體11和第二觀察體12的位置和大小變化，即可以明顯看出與蜃景水槽相對(duì)的第一觀察體11的位置明顯高于透過對(duì)比水槽看到的第二觀察體12的位置，結(jié)合激光束的彎曲方向，直觀的演示了海市蜃樓現(xiàn)象，揭示海市蜃樓形成的物理原理。

實(shí)施例2

實(shí)施例1中，本實(shí)施例的蜃景水槽內(nèi)距第一隔板5cm處水槽1的前后側(cè)壁上密封設(shè)置有梯度板5，梯度板5的上端與上半導(dǎo)體制冷片3的上端在同一水平面內(nèi)、下端與下半導(dǎo)體制冷片4的下端在同一水平面內(nèi)，梯度板5與水槽4底板垂直，其余各零部件以及零部件的連接關(guān)系與實(shí)施例1完全相同。

實(shí)施例3

實(shí)施例1中，本實(shí)施例的蜃景水槽內(nèi)距第一隔板10cm處水槽1的前后側(cè)壁上密封設(shè)置有梯度板5，梯度板5的上端與上半導(dǎo)體制冷片3的上端在同一水平面內(nèi)、下端與下半導(dǎo)體制冷片4的下端在同一水平面內(nèi)，梯度板5與水槽4底板垂直，其余各零部件以及零部件的連接關(guān)系與實(shí)施例1完全相同。

本發(fā)明的工作原理如下：

鑲嵌在第一隔板2上部的上半導(dǎo)體制冷片3通電后，上半導(dǎo)體制冷片2熱面加熱蜃景水槽內(nèi)靠近熱面的水，熱水向上遷移。鑲嵌在第一隔板2下部的下半導(dǎo)體制冷片4通電后，下半導(dǎo)體制冷片4冷面冷卻蜃景水槽內(nèi)靠近冷面的水，冷水向下遷移，由于梯度板5的阻檔和導(dǎo)流作用熱水只能一直向上遷移，而冷水只能一直向下遷移，當(dāng)熱水越過梯度板5的上端，冷水通過梯度板5的下端，便在蜃景水槽中形成熱交換，在蜃景水槽中形成溫度上高下低的大尺度梯度溫度場(chǎng)，滿足了演示海市蜃樓原理的需要。在冷卻水槽中，設(shè)置在第一隔板2上部的上半導(dǎo)體制冷片3冷面冷卻的水向下遷移，設(shè)置在第一隔板2下部的下半導(dǎo)體制冷片4的熱面加熱的水向上遷移，冷熱水相遇，使冷卻水槽中的水長時(shí)間保持在較低的溫度，保證了半導(dǎo)體制冷片的安全工作。對(duì)比水槽中充滿常溫狀態(tài)的自來水，其作用是提供均勻介質(zhì)，用于與蜃景水槽的非均勻介質(zhì)進(jìn)行比較。其方法是用左右眼同時(shí)透過對(duì)比水槽和透過蜃景觀察第一觀察體11和第二觀察體12，透過對(duì)比水槽看到的第二觀察體12位置、大小不變，而透過蜃景水槽看到的第一觀察體11位置、大小均發(fā)生了變化，以此直觀演示了海市蜃樓現(xiàn)象，揭示了海市蜃樓形成的原理。