彩虹是怎样形成的？

彩虹是光的色散现象，它是光线遇到空气中的水滴经过折射和全反射形成的，并有主虹（虹）和副虹（霓）之分。

什么是折射

光在不同介质中传播速度不同，当光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般会发生变化。例如，光线从空气斜射入水中时，折射光线会更偏向垂直水面的轴线，这个轴线称为法线。

值得注意的是：折射并不是光特有的现象，任何波在两种介质的界面上都可能发生折射。例如下图是水波的折射示意图。

最早对折射现象进行正确解释的人是荷兰物理学家惠更斯，他指出：波的折射原因是波在不同介质中传播的速度不同。并且，根据光的折射规律，光在空气中传播速度快，在水中传播速度慢。

什么是色散

在介质中，光速主要由介质决定，例如水中光速大约是真空中的3/4，玻璃中的光速大约是真空中的2/3。但是，即便是同一种介质，不同颜色的光在传播时速度也有微小的差别，这就造成了不同颜色的光在折射时偏折程度的不同。

我们知道，白色光是由红橙黄绿蓝靛紫七种颜色的单色光构成的。如果一束白光进入介质，由于在介质中光速的微小差别，每种色光偏折程度不同，出射时就不是白色，而是分成了七种颜色。这个现象就称为色散，最早是由牛顿发现的。

如图所示，牛顿让一束白光通过三棱镜，发现出射光分为七种颜色。而且相比于原来的入射方向，红色光偏折最小，紫光偏折最大。

虹和霓有什么区别

当空气中有小水滴时，光线进入小水滴会发生折射和反射。由于刚才所说的原因，不同颜色的光在发生折射时偏折程度不同，由此会出现色散现象。

彩虹出现时，有主虹（虹）和副虹（霓），二者的颜色顺序相反。虹是外红内紫，霓是外紫内红。由于霓一般比虹弱很多，所以有时候人们会只观察到主虹。

主虹的形成是光线进入水滴时，发生了两次折射和一次反射形成的。

如图所示：光线首先通过一次折射进入水滴，再通过一次反射和一次折射射出水滴。对于同一个水滴的出射光，紫色光偏折程度大，偏向水平；红色光偏折程度小，偏向竖直。

当我们在某个固定地点观察时，空气中分布的水滴都形成类似的效果，如图所示。

大家注意：同一个水滴发出的光不能全部进入我们的眼睛，我们所接收的是不同水滴出射的光。最上方的光更加偏向竖直，因此是红色；最下方的光线更加偏向水平，因此是紫色。于是我们就看到了外红内紫的主虹。

副虹（霓）的形成原因类似，只不过，它是光线在水滴中进行了两次折射和两次反射形成的。

如图所示，在这种情况下，红光偏折程度小，更加偏向水平；紫光偏折程度大，更加偏向竖直，刚好与主虹相反，于是就造成了外紫内红的效果。

一般而言，虹与霓同时出现，而且霓更高。

只是由于霓多了一次反射，比虹弱很多，所以有时候人们认为只有一层彩虹。

美丽的彩虹让人们产生了诸多幻想，古希腊人认为彩红女神伊里丝是宙斯的使者。但是只有科学才能让我们真正认识自然，了解自然。

雨过天晴，当我们呼吸著新鲜的空气在公园散步的时候，偶尔会看到天边有一座彩色的拱桥连接著天地，非常美丽，这就是「彩虹」。在我国古代的神话故事中，女娲用五色石补天，彩虹就是五色石倾泻出来的光芒；西方神话故事中，则将彩虹视为一位女神，是沟通人间与天堂的使者。总之，美丽的彩虹都寄托了人们美好的心愿和向往。

那么彩虹到底是如何产生的呢？这就要从阳光的构成说起了。很久以来，人们一直以为阳光是没有任何颜色的，因此彩虹这一美丽的事物让大家困惑不已。

十三世纪时，一位叫做西奥多里克的德国传教士在一个玻璃球壳中装满了水，阳光穿过时，他惊喜地发现出现了彩色的光芒。这是人类首次在实验室中模拟了自然界中的彩虹。但他并不清楚彩虹产生的真正原因，猜测之所以出现彩色光芒，是因为阳光透过不同深度的水以后「蜕变」成为了彩色。

几百年后的1637年，另一位著名的物理学家笛卡尔通过实验检验了西奥多里克的推测。他发现，阳光透过不同厚度的玻璃，色彩并没有什么变化，从而推翻了西奥多里克的推论。在研究过程中，观察入微的笛卡尔注意到，身边的各种透明的物质对光线具有「弯折」的作用。这种弯折左右我们在生活中很容易观察到，例如将一支笔插入水中，看起来笔似乎被折断了一般。

随著研究的深入，笛卡尔进一步发现，不同物质对光线弯折的「能力」不同，他将这种弯折光线的「能力」称为「折射率」，并因此发现了著名的折射定律。笛卡尔的研究使得他可以初步的解释彩虹的成因，甚至通过数学计算出了著名的「彩虹角」，即人观看彩虹时的视线与太阳光的夹角。不过由于对阳光仍然没有充分的认识，所以他无法解释彩虹的彩色来源于何处。

直到一位大科学家出现，才使得人们揭开了彩虹的秘密，他就是大名鼎鼎的——牛顿。牛顿是科学史上划时代的人物，在物理学、数学等诸多领域都做出了极大的贡献，而当别人称赞他的成就时，他却谦逊地表示：「如果我看得更远一点的话，是因为我站在巨人的肩膀上。」

牛顿从笛卡尔等科学家们的著述中得到了很多启发，但他没有迷信权威，选择盲目地相信前辈们的推断，而是提出了很多质疑。1666年，牛顿利用在家休假的时间，找来了一块三棱镜（三角形的柱状玻璃），并将一个房间的门窗都封闭起来作为暗室，只在窗户上开了一个小孔，让阳光倾泻进来。他将三棱镜放置在小孔后，立刻在对面的墙上看到了色彩斑斓的彩色光带，如彩虹一般，按照红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序排列著。这个实验就是著名的「三棱镜色散实验」，这个实验被誉为最美的科学实验之一。

这一发现让牛顿兴奋不已，但他并未因此沾沾自喜，停滞不前。他想，既然三棱镜可以将阳光分解为彩色光带，是不是证明阳光就是由彩色光组成的呢？他找来第二块三棱镜放置在彩色光带上，仔细调整三棱镜的位置和角度，发现彩色光带通过第二块三棱镜后，又变成了没有色彩的阳光。

这一实验有力地证明，阳光是由各种不同颜色的彩色光混合而成的。借用笛卡尔关于物质「折光能力」的描述，牛顿提出，阳光之所以能够分解为不同颜色的光，是因为同一物质对不同颜色光的「折射率」不同。

那么彩虹到底是怎么产生的呢？正如牛顿发现的那样，水这种透明物质对不同颜色的光折光能力是不同的。雨过天晴，天空中的还悬挂著许许多多的小水滴，这些水珠对阳光中红色部分偏折能力差一些，对绿色光的偏折能力一般，对蓝紫色光偏折能力强一些，使得原本阳光中不同颜色的光分解开，无色的阳光因此呈现出了斑斓的色彩，这就是我们看到的「彩虹」。

实际上，彩虹不一定非要雨过天晴时的天边才能看到，只要满足相应的条件，在很多环境中都可以见到。例如瀑布旁边，由于湍急的水流飞奔而下，无数的小水珠飞溅到空中，形成了蒙蒙的雾气，在恰当的角度就可以看到彩虹。

同样，城市的喷泉旁也是观看彩虹的绝佳场地。腾空而起的水柱落下时，会在空气中留下大量的水珠，阳光正好的话，围著喷泉转一转，也可能会看到美丽的彩虹。但观看时一定要注意安全，不要被水花打湿哦！

　　彩虹是因为阳光射到空中接近球形的小水滴，造成色散及反射而成。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射。当中以40至42度的反射最为强烈，造成我们所见到的彩虹。造成这种反射时，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，总共经过一次反射两次折射。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，红光的折射率比蓝光小，而蓝光的偏向角度比红光大。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。因此，彩虹和霓虹的高度不一样，颜色的层递顺序也正好反过来。彩虹意旨光线经过两次折射一次反射，霓虹则是光线经过两次折射两次反射。

（番禺日报）

彩虹，又称天虹，简称虹，是一种很常见的物理光学现象。通常我们会在雨后阳光出现的时候看到，天空上方会形成拱形的七彩光谱，形状弯曲，色彩十分艳丽。大家知道彩虹形成的原因吗?雨后彩虹是怎样形成的?下面我们就一起学习下关于彩虹的一些物理现象知识吧!

彩虹的形成：

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的。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40-42度的反射最为强烈，形成人们所见到的彩虹。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。