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彩虹的形成

2020-11-06徐继立

阅读(科学探秘) 2020年9期
关键词:折射率拱形色散

徐继立

盛夏时节,雨过天晴,你就会看到一道美丽的彩虹架在空中。那神奇的色彩,给人以美的享受。

彩虹这种气象中常见的光学现象,是阳光照射到空中接近球形的小水滴时,造成了色散及反射形成的。

我们知道,当阳光射到水滴上时,会同时以不同角度照射,在水滴内也以不同的角度反射。当角度形成到40度至42度时,反射最为强烈。在这种反射过程中,阳光射向水滴,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,这样经过一次反射和两次折射,天空上就形成了拱形的七彩光谱。拱形是因为光穿越水滴时,弯曲的程度和光的颜色有关,红色光的弯曲度最大,紫色光的弯曲度最小。所以,我们看到的彩虹,蓝色总是在红色下面。而七彩色是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。再者,由于光在水滴内被反射,因而我们看见的光谱是倒过来的,红光在最上方,其他颜色在下方。由外圈至内圈为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。事实上,彩虹有无数种颜色,比如,在红色和橙色之间还有许多种细微差别的颜色,但為了简便起见,只用七种颜色作为区别。

另外,彩虹的明显程度,取决于空气中水滴的大小。水滴体积越大,形成的彩虹越鲜亮;水滴体积越小,形成的彩虹就不明显。可想而知,彩虹的出现与当时天气的变化有密切的联系,如果东方出现彩虹时,本地是不大容易下雨的,而西方出现彩虹时,本地下雨的可能性却很大。

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