彩虹是怎樣形成的？

彩虹是光的色散現象，它是光線遇到空氣中的水滴經過折射和全反射形成的，並有主虹（虹）和副虹（霓）之分。

光在不同介質中傳播速度不同，當光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向一般會發生變化。例如， 光線從空氣斜射入水中時，折射光線會更偏向垂直水面的軸線，這個軸線稱為法線。

值得注意的是：折射並不是光特有的現象，任何波在兩種介質的界面上都可能發生折射。例如下圖是水波的折射示意圖。

最早對摺射現象進行正確解釋的人是荷蘭物理學家惠更斯，他指出：波的折射原因是波在不同介質中傳播的速度不同。並且，根據光的折射規律，光在空氣中傳播速度快，在水中傳播速度慢。

在介質中，光速主要由介質決定，例如水中光速大約是真空中的3/4，玻璃中的光速大約是真空中的2/3。但是， 即便是同一種介質，不同顏色的光在傳播時速度也有微小的差別，這就造成了不同顏色的光在折射時偏折程度的不同。

我們知道，白色光是由紅橙黃綠藍靛紫七種顏色的單色光構成的。如果一束白光進入介質，由於在介質中光速的微小差別，每種色光偏折程度不同，出射時就不是白色，而是分成了七種顏色。這個現象就稱為色散，最早是由牛頓發現的。

如圖所示，牛頓讓一束白光通過三稜鏡，發現出射光分為七種顏色。而且相比於原來的入射方向，紅色光偏折最小，紫光偏折最大。

當空氣中有小水滴時， 光線進入小水滴會發生折射和反射。由於剛才所說的原因，不同顏色的光在發生折射時偏折程度不同，由此會出現色散現象。

彩虹出現時，有主虹（虹）和副虹（霓），二者的顏色順序相反。虹是外紅內紫，霓是外紫內紅。由於霓一般比虹弱很多，所以有時候人們會只觀察到主虹。

主虹的形成是光線進入水滴時，發生了兩次折射和一次反射形成的。

如圖所示：光線首先通過一次折射進入水滴，再通過一次反射和一次折射射出水滴。對於同一個水滴的出射光，紫色光偏折程度大，偏向水平；紅色光偏折程度小，偏向豎直。

當我們在某個固定地點觀察時，空氣中分布的水滴都形成類似的效果，如圖所示。

大家注意：同一個水滴發出的光不能全部進入我們的眼睛，我們所接收的是不同水滴出射的光。最上方的光更加偏向豎直，因此是紅色；最下方的光線更加偏向水平，因此是紫色。於是我們就看到了外紅內紫的主虹。

副虹（霓）的形成原因類似，只不過，它是光線在水滴中進行了兩次折射和兩次反射形成的。

如圖所示，在這種情況下，紅光偏折程度小，更加偏向水平；紫光偏折程度大，更加偏向豎直，剛好與主虹相反，於是就造成了外紫內紅的效果。

一般而言，虹與霓同時出現，而且霓更高。

只是由於霓多了一次反射，比虹弱很多，所以有時候人們認為只有一層彩虹。

美麗的彩虹讓人們產生了諸多幻想，古希臘人認為彩紅女神伊里絲是宙斯的使者。但是只有科學才能讓我們真正認識自然，了解自然。

雨過天晴，當我們呼吸著新鮮的空氣在公園散步的時候，偶爾會看到天邊有一座彩色的拱橋連接著天地，非常美麗，這就是「彩虹」。在我國古代的神話故事中，女媧用五色石補天，彩虹就是五色石傾瀉出來的光芒；西方神話故事中，則將彩虹視為一位女神，是溝通人間與天堂的使者。總之，美麗的彩虹都寄託了人們美好的心愿和嚮往。

那麼彩虹到底是如何產生的呢？這就要從陽光的構成說起了。很久以來，人們一直以為陽光是沒有任何顏色的，因此彩虹這一美麗的事物讓大家困惑不已。

十三世紀時，一位叫做西奧多里克的德國傳教士在一個玻璃球殼中裝滿了水，陽光穿過時，他驚喜地發現出現了彩色的光芒。這是人類首次在實驗室中模擬了自然界中的彩虹。但他並不清楚彩虹產生的真正原因，猜測之所以出現彩色光芒，是因為陽光透過不同深度的水以後「蛻變」成為了彩色。

幾百年後的1637年，另一位著名的物理學家笛卡爾通過實驗檢驗了西奧多里克的推測。他發現，陽光透過不同厚度的玻璃，色彩並沒有什麼變化，從而推翻了西奧多里克的推論。在研究過程中，觀察入微的笛卡爾注意到，身邊的各種透明的物質對光線具有「彎折」的作用。這種彎折左右我們在生活中很容易觀察到，例如將一支筆插入水中，看起來筆似乎被折斷了一般。

隨著研究的深入，笛卡爾進一步發現，不同物質對光線彎折的「能力」不同，他將這種彎折光線的「能力」稱為「折射率」，並因此發現了著名的折射定律。笛卡爾的研究使得他可以初步的解釋彩虹的成因，甚至通過數學計算出了著名的「彩虹角」，即人觀看彩虹時的視線與太陽光的夾角。不過由於對陽光仍然沒有充分的認識，所以他無法解釋彩虹的彩色來源於何處。

直到一位大科學家出現，才使得人們揭開了彩虹的秘密，他就是大名鼎鼎的——牛頓。牛頓是科學史上劃時代的人物，在物理學、數學等諸多領域都做出了極大的貢獻，而當別人稱讚他的成就時，他卻謙遜地表示：「如果我看得更遠一點的話，是因為我站在巨人的肩膀上。」

牛頓從笛卡爾等科學家們的著述中得到了很多啟發，但他沒有迷信權威，選擇盲目地相信前輩們的推斷，而是提出了很多質疑。1666年，牛頓利用在家休假的時間，找來了一塊三稜鏡（三角形的柱狀玻璃），並將一個房間的門窗都封閉起來作為暗室，只在窗戶上開了一個小孔，讓陽光傾瀉進來。他將三稜鏡放置在小孔後，立刻在對面的牆上看到了色彩斑斕的彩色光帶，如彩虹一般，按照紅、橙、黃、綠、青、藍、紫的順序排列著。這個實驗就是著名的「三稜鏡色散實驗」，這個實驗被譽為最美的科學實驗之一。

這一發現讓牛頓興奮不已，但他並未因此沾沾自喜，停滯不前。他想，既然三稜鏡可以將陽光分解為彩色光帶，是不是證明陽光就是由彩色光組成的呢？他找來第二塊三稜鏡放置在彩色光帶上，仔細調整三稜鏡的位置和角度，發現彩色光帶通過第二塊三稜鏡後，又變成了沒有色彩的陽光。

這一實驗有力地證明，陽光是由各種不同顏色的彩色光混合而成的。借用笛卡爾關於物質「折光能力」的描述，牛頓提出，陽光之所以能夠分解為不同顏色的光，是因為同一物質對不同顏色光的「折射率」不同。

那麼彩虹到底是怎麼產生的呢？正如牛頓發現的那樣，水這種透明物質對不同顏色的光折光能力是不同的。雨過天晴，天空中的還懸掛著許許多多的小水滴，這些水珠對陽光中紅色部分偏折能力差一些，對綠色光的偏折能力一般，對藍紫色光偏折能力強一些，使得原本陽光中不同顏色的光分解開，無色的陽光因此呈現出了斑斕的色彩，這就是我們看到的「彩虹」。

實際上，彩虹不一定非要雨過天晴時的天邊才能看到，只要滿足相應的條件，在很多環境中都可以見到。例如瀑布旁邊，由於湍急的水流飛奔而下，無數的小水珠飛濺到空中，形成了濛濛的霧氣，在恰當的角度就可以看到彩虹。

同樣，城市的噴泉旁也是觀看彩虹的絕佳場地。騰空而起的水柱落下時，會在空氣中留下大量的水珠，陽光正好的話，圍著噴泉轉一轉，也可能會看到美麗的彩虹。但觀看時一定要注意安全，不要被水花打濕哦！

　　彩虹是因為陽光射到空中接近球形的小水滴，造成色散及反射而成。陽光射入水滴時會同時以不同角度入射，在水滴內亦以不同的角度反射。當中以40至42度的反射最為強烈，造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時，陽光進入水滴，先折射一次，然後在水滴的背面反射，最後離開水滴時再折射一次，總共經過一次反射兩次折射。因為水對光有色散的作用，不同波長的光的折射率有所不同，紅光的折射率比藍光小，而藍光的偏向角度比紅光大。由於光在水滴內被反射，所以觀察者看見的光譜是倒過來，紅光在最上方，其他顏色在下。因此，彩虹和霓虹的高度不一樣，顏色的層遞順序也正好反過來。彩虹意旨光線經過兩次折射一次反射，霓虹則是光線經過兩次折射兩次反射。

（番禺日報）

彩虹，又稱天虹，簡稱虹，是一種很常見的物理光學現象。通常我們會在雨後陽光出現的時候看到，天空上方會形成拱形的七彩光譜，形狀彎曲，色彩十分艷麗。大家知道彩虹形成的原因嗎?雨後彩虹是怎樣形成的?下面我們就一起學習下關於彩虹的一些物理現象知識吧!

彩虹的形成：

其實只要空氣中有水滴，而陽光正在觀察者的背後以低角度照射，便可能產生可以觀察到的彩虹現象。彩虹是因為陽光射到空中接近圓形的小水滴，造成光的色散及反射而成的。陽光射入水滴時會同時以不同角度入射，在水滴內也是以不同的角度反射。當中以40-42度的反射最為強烈，形成人們所見到的彩虹。彩虹最常在下午，雨後剛轉天晴時出現。這時空氣內塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因為仍有雨雲而較暗。而觀察者頭上或背後已沒有雲的遮擋而可見陽光，這樣彩虹便會較容易被看到。

彩虹的形態：

通常肉眼所見為拱曲形，似橋狀，民間常有「彩虹橋」的說法。彩虹的色彩一般為七彩色，從外至內分別為：紅、橙、黃、綠、藍、靛、在中國，也常有「赤橙黃綠青藍紫」的說法。

彩虹的明顯程度，取決於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，下雨的機會也少，所以冬天一般不會有彩虹出現。

當陽光照在斜面上，原光點被拉長，再把把拉長後的光點投到另一個斜面上，就再次被拉長，經過無數次，就使得原先發光源由於縱深能量疊加在一起的被剖析出原有的層次來了。物質發出能量從內往外同步散發，而內部的能量更密於是表現出的色彩不同。所以彩虹是水汽的珠面把光等於橫切了一刀，使我們看到了光源體的縱深。