彩虹和特殊彩虹的形成.doc

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1、彩虹和特殊彩虹的形成彩虹是一種自然現(xiàn)象，是由于陽(yáng)光射到空氣的水滴里，發(fā)生光的反射和折射造成的。當(dāng)陽(yáng)光照射到半空中的雨點(diǎn)，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光譜。彩虹七彩顏色，從外至內(nèi)分別為：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。彩虹的形成原因我們知道，當(dāng)太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡的時(shí)候，前景的方向會(huì)發(fā)生偏折，而且把原來(lái)的白色光線分解成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫7種顏色的光帶。彩虹是因?yàn)殛?yáng)光射到空中接近圓形的小水滴，造成光的色散及反射而成。單個(gè)雨滴有著與棱鏡不同的形狀和密度，但雨滴對(duì)光線的影響與棱鏡相似。陽(yáng)光射入水滴時(shí)會(huì)同時(shí)以不同角度入射，在水

2、滴內(nèi)也是以不同的角度反射。當(dāng)中以40至42度的反射最為強(qiáng)烈，形成我們所見(jiàn)到的彩虹。形成這種反射時(shí)，陽(yáng)光進(jìn)入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后離開(kāi)水滴時(shí)再折射一次。因?yàn)樗畬?duì)光有色散的作用，不同波長(zhǎng)的光的折射率有所不同，藍(lán)光的折射角度比紅光大。由于光在水滴內(nèi)被反射，所以觀察者看見(jiàn)的光譜是倒過(guò)來(lái)，紅光在最上方，其他顏色在下。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們僅觀察紅色和紫色的光，也就是可見(jiàn)光光譜兩端的顏色。下面這副圖描繪了一束太陽(yáng)光投射到一滴雨滴時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。當(dāng)一束白光從空氣中射入水滴時(shí)，其各種組成色的光會(huì)按頻率的不同而減速。紫光進(jìn)入水滴時(shí)會(huì)

3、有相對(duì)較大的偏轉(zhuǎn)。在水滴的右邊，一些光從中穿出回到空氣中，剩下的光則被反射。一些反射光又從該水滴左側(cè)穿出，經(jīng)過(guò)折射再次回到空氣中。這樣，每個(gè)雨滴就將白色的陽(yáng)光分解成其組成色。那么為什么我們會(huì)看到寬的色帶呢，好像天空中不同的降雨區(qū)色散出不同的單色光？這是因?yàn)槲覀儍H僅從每個(gè)雨滴中看到了一種顏色。可以通過(guò)下圖了解其工作原理。???當(dāng)雨滴A對(duì)光進(jìn)行色散時(shí)，只有紅光能從一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌壬涑觯M(jìn)入觀察者的眼中。而其他顏色的光束則以較小的角度射出，因此觀察者看不到它們。太陽(yáng)光將以相同的方式投射到周?chē)械挠甑紊希虼诉@些雨滴都會(huì)將紅光反射到觀察者

4、眼中。在空中，雨滴B的位置低一些，因此它不會(huì)將紅光反射到觀察者的眼中。在該雨滴的高度，紫光會(huì)從一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌壬涑觯M(jìn)入觀察者的眼中。雨滴B周?chē)乃杏甑味紝⒁韵嗤姆绞椒瓷涔?。A和B之間的雨滴將不同顏色的光反射給觀察者，因此觀察者能夠看到完整的彩色光譜。如果觀察者處于雨層的上面，將能夠看到一個(gè)完整圓形的彩虹，因?yàn)楣鈺?huì)從四周反射回來(lái)。而在地面上，我們則可以看到地平線以上的雨滴所形成的拱形彩虹。彩虹形成條件???　其實(shí)只要空氣中有水滴，而陽(yáng)光正在觀察者的背后以低角度照射，便可能產(chǎn)生可以觀察到的彩虹現(xiàn)象。彩虹最常在下午，雨后剛轉(zhuǎn)天晴時(shí)出

5、現(xiàn)。這時(shí)空氣內(nèi)塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因?yàn)槿杂杏暝贫^暗。而觀察者頭上或背后已沒(méi)有云的遮擋而可見(jiàn)陽(yáng)光，這樣彩虹便會(huì)較容易被看到。另一個(gè)經(jīng)?？梢?jiàn)到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天氣下背對(duì)陽(yáng)光在空中灑水或噴灑水霧，亦可以人工制造彩虹。彩虹的明顯程度，取決于空氣中小水滴的大小，小水滴體積越大，形成的彩虹越鮮亮，小水滴體積越小，形成的彩虹就不明顯。一般冬天的氣溫較低，在空中不容易存在小水滴，下雨的機(jī)會(huì)也少，所以冬天一般不會(huì)有彩虹出現(xiàn)。特殊彩虹的形成除了通常所見(jiàn)到的彩虹以外，我們還常常聽(tīng)說(shuō)一些特殊的彩虹。晚虹（月虹）月虹，顧名思義，即

6、是在月光下出現(xiàn)的彩虹，又叫黑夜彩虹、黑虹。由于是由月照所產(chǎn)生的虹，故通常只見(jiàn)于夜晚。且由于月照亮度較小的關(guān)系，月虹也通常較為朦朧，且通常出現(xiàn)于月亮反方向的天空。夜間雖然沒(méi)有太陽(yáng)，但如果有明亮的月光，大氣中又有適當(dāng)?shù)脑朴甑?，便可形成月虹。由于月虹的出現(xiàn)需各種天氣因素的配合，所以是非常罕見(jiàn)的自然現(xiàn)象。由于人類(lèi)視覺(jué)在晚間低光線的情況下難以分辨顏色，故此晚虹看起來(lái)好像是全白色的。雙彩虹有時(shí)會(huì)見(jiàn)到兩條彩虹同時(shí)出現(xiàn)，在平常的彩虹外邊出現(xiàn)同心，但較暗的副虹(又稱(chēng)霓)。副虹是陽(yáng)光在水滴中經(jīng)兩次反射而成，其產(chǎn)生方式與清晰的彩虹相同，但不同的是，清晰

7、的彩虹在雨滴內(nèi)反射一次，而副虹則是反射兩次。由于這種二次反射，光以不同的角度從雨滴中射出，因此我們會(huì)在較高的地方看到它。如果仔細(xì)觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)副虹中的顏色順序與主虹相反。霓的顏色排列次序跟主虹是相反的是由于每次反射均會(huì)損失一些光能量，因此霓的光亮度亦較弱。兩次反射最強(qiáng)烈的反射角出現(xiàn)在50°至53°，所以副虹位置在主虹之外。因?yàn)橛袃纱蔚姆瓷?，副虹的顏色次序跟主虹反轉(zhuǎn)，外側(cè)為藍(lán)色，內(nèi)側(cè)為紅色。副虹其實(shí)一定跟隨主虹存在，只是因?yàn)樗墓饩€強(qiáng)度較低，所以有時(shí)不被肉眼察覺(jué)而已。蘇格蘭上空的雙重彩虹1307年時(shí)歐洲已有人提出彩虹是由水滴對(duì)陽(yáng)光的折

8、射及反射而造成。笛卡爾在1637年發(fā)現(xiàn)水滴的大小不會(huì)影響光線的折射。他以玻璃球注入水來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出水對(duì)光的折射指數(shù)，用數(shù)學(xué)證明彩虹的主虹是水點(diǎn)內(nèi)的反射造成，而副虹則是兩次反射造成。他準(zhǔn)確計(jì)算出彩虹的角度，但未能解釋彩虹的七彩顏色。后來(lái)牛頓以玻璃菱