彩虹是怎么形成的？

關(guān)注：96 發(fā)布時(shí)間：2021-07-01 14:22:04

彩虹是光的色散現(xiàn)象，是光與空氣中的水滴相遇時(shí)發(fā)生折射和全反射而形成的，分為主彩虹(彩虹)和次彩虹(霓虹)。

什么是折射

光在不同介質(zhì)中的傳播速度是不同的。當(dāng)光從一種介質(zhì)斜入射到另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向一般會(huì)發(fā)生變化。比如光線從空氣中斜入水時(shí)，折射的光線會(huì)更傾向于垂直于水面的軸，稱為法線。

值得注意的是，折射不是光的唯*現(xiàn)象，波都可能在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生折射。比如下圖是水波的折射。

第一個(gè)正確解釋折射現(xiàn)象的人是荷蘭物理學(xué)家惠更斯，他指出波折射的原因是波在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播。而且根據(jù)光的折射定律，光在空氣中傳播速度快，在水中傳播速度慢。

什么是色散

在介質(zhì)中，光速主要由介質(zhì)決定。例如，光速在水中約為真空中的3/4，在玻璃中約為真空中的2/3。然而，即使在相同的介質(zhì)中，不同顏色的光在傳播時(shí)的速度也略有差異，這導(dǎo)致不同顏色的光在折射時(shí)有不同程度的偏轉(zhuǎn)。

我們知道，白光由紅、橙、黃、綠、靛、紫七種單色光組成。如果一束白光進(jìn)入介質(zhì)，由于光在介質(zhì)中的速度略有差異，每種顏色的光偏轉(zhuǎn)程度不同，出射時(shí)不是白色，而是分成七種顏色。這種現(xiàn)象叫做色散，比較早是牛頓發(fā)現(xiàn)的。

如圖，牛頓讓一束白光通過棱鏡，發(fā)現(xiàn)出射光分為七種顏色。與原來的入射方向相比，紅光的偏轉(zhuǎn)比較小，紫光的偏轉(zhuǎn)比較大。

虹和霓有什么區(qū)別

當(dāng)空氣中有水滴時(shí)，光線在進(jìn)入水滴時(shí)會(huì)發(fā)生折射和反射。由于剛才提到的原因，不同顏色的光在折射時(shí)會(huì)有不同程度的偏轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致色散現(xiàn)象。

彩虹出現(xiàn)時(shí)，有主彩虹(彩虹)和子彩虹(霓虹)，顏色順序相反。彩虹是紅紫色的，霓虹是紅紫色的。因?yàn)槟藓缫话惚炔屎缛鹾芏啵杂袝r(shí)候人們只觀察主虹。

主彩虹的形成是由光線進(jìn)入水滴時(shí)的兩次折射和一次反射引起的。

如圖所示，光首先通過一次折射進(jìn)入水滴，然后通過一次反射和一次折射離開水滴。對于同一個(gè)水滴的出射光，紫光高度偏轉(zhuǎn)，向水平方向傾斜；紅光稍微偏轉(zhuǎn)，傾向于垂直。

當(dāng)我們在固定的地方觀察時(shí)，分布在空氣中的水滴也有類似的效果，如圖。

注意：同一個(gè)水滴發(fā)出的光都無法進(jìn)入我們的眼睛。我們接收的是不同水滴發(fā)出的光。比較上面的光比較垂直，所以是紅色；底部的光比較橫，所以是紫色的。于是我們看到了主彩虹，外紅內(nèi)紫。

次生彩虹(氖)形成的原因類似，只是它是光在水滴中兩次折射兩次反射形成的。

如圖，這種情況下，紅光偏轉(zhuǎn)的程度小，比較水平；紫光有較大程度的偏轉(zhuǎn)，更加垂直，正好與主彩虹相對，從而造成紫外和紅色的效果。

一般來說彩虹和霓虹同時(shí)出現(xiàn)，霓虹更高。

只是因?yàn)槟藓缍嗔艘粋€(gè)反射，比彩虹弱很多，所以人們有時(shí)候會(huì)認(rèn)為彩虹只有一個(gè)。

美麗的彩虹讓人產(chǎn)生許多錯(cuò)覺。古希臘人認(rèn)為彩紅女神伊里絲是宙斯的信使。但只有科學(xué)才能讓我們真正認(rèn)識和理解自然。

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