彩虹出现的主要原因 家里地面上出现彩虹的原因

时间:2021-06-13 23:10:17 作者:admin 53505
彩虹出现的主要原因 家里地面上出现彩虹的原因

彩虹是怎么形成的?

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。

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