彩虹和特殊彩虹的形成.doc

彩虹和特殊彩虹的形成.doc彩虹和特殊彩虹的形成
彩虹是一种自然现象,是由于阳光射到空气的水滴里,发生光的反射和折射造成的。当阳光照射到半空中的雨点,光线被折射及反射,在天空上形成拱形的七彩的光谱。彩虹七彩颜色,从外至内分别为:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
彩虹的形成原因
我们知道,当太阳光通过三棱镜的时候,前景的方向会发生偏折,而且把原来的白色光线分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的光带。
彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴,造成光的色散及反射而成。单个雨滴有着与棱镜不同的形状和密度,但雨滴对光线的影响与棱镜相似。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射,在水滴内也是以不同的角度反射。当中以40至42度的反射最为强烈,形成我们所见到的彩虹。形成这种反射时,阳光进入水滴,先折射一次,然后在水滴的背面反射,最后离开水滴时再折射一次。因为水对光有色散的作用,不同波长的光的折射率有所不同,蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射,所以观察者看见的光谱是倒过来,红光在最上方,其他颜色在下。
为了简单起见,我们仅观察红色和紫色的光,也就是可见光光谱两端的颜色。
下面这副图描绘了一束太阳光投射到一滴雨滴时发生的现象。
当一束白光从空气中射入水滴时,其各种组成色的光会按频率的不同而减速。紫光进入水滴时会有相对较大的偏转。在水滴的右边,一些光从中穿出回到空气中,剩下的光则被反射。一些反射光又从该水滴左侧穿出,经过折射再次回到空气中。
这样,每个雨滴就将白色的阳光分解成其组成色。那么为什么我们会看到宽的色带呢,好像天空中不同的降雨区色散出不同的单色光?这是因为我们仅仅从每个雨滴中看到了一种颜色。可以通过下图了解其工作原理。
    当雨滴A对光进行色散时,只有红光能从一个适当的角度射出,进入观察者的眼中。而其他颜色的光束则以较小的角度射出,因此观察者看不到它们。太阳光将以相同的方式投射到周围所有的雨滴上,因此这些雨滴都会将红光反射到观察者眼中。
在空中,雨滴B的位置低一些,因此它不会将红光反射到观察者的眼中。在该雨滴的高度,紫光会从一个适当的角度射出,进入观察者的眼中。雨滴B周围的所有雨滴都将以相同的方式反射光。A和B之间的雨滴将不同颜色的光反射给观察者,因此观察者能够看到完整的彩色光谱。如果观察者处于雨层的上面,将能够看到一个完整圆形的彩虹,因为光会从四周反射回来。而在地面上,我们则可以看到地平线以上的雨滴所形成的拱形彩虹。
彩虹形成条件
    其实只要空气中有水滴,而阳光正在观察者的背后以低角度照射,便可能产生可以观察到的彩虹现象。彩虹最常在下午,雨后刚转天晴时出现。这时空气内尘埃少而充满小水滴,天空的一边因为仍有雨云而较暗。而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光,这样彩虹便会较容易被看到。另一个经常可见到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷洒水雾,亦可以人工制造彩虹。
彩虹的明显程度,取决于空气中小水滴的大小,小水滴体积越大,形成的彩虹越鲜亮,小水滴体积越小,形成的彩虹就不明显。一般冬天的气温较低,在空中不容易存在小水滴,下雨的机会也少,所以冬天一般不会有彩虹出现。
特殊彩虹的形成
除了通常所见到的彩虹以外,我们还常常听说一些特殊的彩虹。
晚虹(月虹)
月虹,顾名思义,即是在月光下出现的彩虹,又叫黑夜彩虹、黑虹。由于是由