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彩虹的形成
一.彩虹形成的光学原理
我们知道，太阳光其实是由不同频率的色光组成的，实验表明，不同颜色的光在同一介质中的传播速度不同，因而折射率不同。当太阳光遇到两种介质分
界面时，折射光线将按颜色分散开来，
形成了彩虹。
综上所述，彩虹实际上时太阳光在
空气中的小水滴中发生了两次折射，一次反射所形成的光学现象。如图所示。
1.彩虹光路的形成
设空气中的小水滴为球形，那么，取其中一个剖面来进行分析，太阳光进入水滴，发生了“折射-反射-折射”的过程，发生了色散，那么我们假想一下，
假若在水滴中增加太阳光反射的次数，
会造成怎样的结果，如右图所示，光线
最终射向天空，也就是不能被肉眼所看见，那么假若光线从下方入射呢，同样经过一个“折射-反射-反射-折射”的过程，便会射向地面，这就形成了我们所说的副虹（霓）。随着反射次数的增加，就形成了三次虹，四次虹，以此类推。只不过由于在光的反射过程中，能量不断损失，导致多次虹暗淡，直至不可见。
2.彩虹的颜色排列
事实上，如果条件合适的话，我们能看到圆环状的彩虹，，例如峨眉山的佛光。这是因为当阳
进入水滴时，第一次折射，在水滴
面发生反射，又折射了出来。
实上，彩虹以内比较亮的区域，实
上就是水滴对太阳的投影，而内部光背 事际正中央，便是太阳对你头部的投影。我们用一条假想线，连接后脑勺和太阳，红色的太阳光束经过上述过程形成彩虹的光束与原光束的偏折角约为180-42=138度（以下会给与证明），那么就是说，在假想线上42
度角的地方，就是红色所在的
位臵。以此类推，不同颜色光
的折射角不一样，就导致我们
看到的彩虹是特定形状的，而
不是一大片。
再者，由于地球表面是一
个弧面，所以太阳光经过折射后就形成了我们看到的弧状彩虹。如图所示。
不同的人看到的彩虹是从不同的水滴折射出来的。所见到的的同一道虹，紫光和红光也是由不同的水滴折射出来的，可以说，每个人都看到专属于自己的彩虹。
二．彩虹形成的角度
平行的太阳光入射到水滴中，通过光的色散，不同颜色的光会射向不同的角度，但是，由于入射角的不同，同一种颜色的出射的角度同样具有偏差，那么不同颜色之间不是应该抵消或者混淆么，之所以我们还能看到色彩明艳的彩虹，是因为当某一波长的入射光线具有某一入射角时，出射光线的偏向角具有极小值。如图所示
参考文献
1 .余小英，李凡生——《彩虹形成的光学原理及散射角的推导》；
2 .百度百科——《彩虹》；
3 .维基百科——《彩虹》；
4 .康颖——《大学物理》（下册）
一旅三营 张喆 C052012016 浅谈彩虹形成的光学原理
彩虹形成的奥秘
和静县第二中学 张奎胜
彩虹是人们经常看到的五彩缤纷的彩虹一种自然界的光现象，每当当空挂时，人们都会情不自禁地观赏这种大自然美，古时有人说，那是寂寞的嫦娥在云端歌舞挥起的彩绸，也有人说，那是仙女为窥视人间在云中搭起的彩桥，不管是彩绸还是彩桥，都只过是神奇的传说罢了，而现实中的彩虹是什么，它是如何形成的？下面就谈一下我浅薄的认识。
1.彩虹的形成
彩虹是光学现象中的一种色散现象。彩虹一般出现在雨后晴朗的天空，这是因为空气中漂浮大量的小水滴，当太光照射到这些小水滴上时。一个个的小水滴就像棱镜似的把白光分解成七色单色光，对阳光起分光色散作用。
当阳光射入小水滴时，光从空气进入水时，发生一次折射，由于构成白光的各种单色光的折射率不同，紫光波长最短，红光波长较大，其折射率最小，其余色光介于红光和紫光之间，因此，光线在小水滴内产生分光现象，同时各色光在小水滴内继续传播，遇到水滴的另一界面时被反射回来，重新经过小水滴内部，出来时再一次发生折射回到空气中，这样，阳光在小水滴中进行了两次折射和一次反射就被分解
成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光，当空气中的小水滴数量很多时，阳光通过这些小水滴，经过反射和折射作用，射出来的的光集中在一起，就形成了美丽的彩虹。
由于构成白光的各种单色光的折射率不同，紫光波长最短，红光波长较大，其折射率最小，其余色光介于红光和紫光之间，彩虹形成后红色是在最前面的，彩虹的大小是由水珠的大小决定的，当水珠越大的时候红色就会越明显.
面对太阳的时候我们是看不到彩虹的，要想看到彩虹我们必须背对太阳才能够看到，早晨的时候彩虹出现在西方，而黄昏的时候彩虹出现在东方，然而黄昏的时候我们是看不到彩虹的，因为这时我们的地球和太阳在同一平面上，要想看到彩虹就必须在高空中才能够看到.
雨后天空有时会出现彩虹，这固然是事实，但是在阳光下，喷泉或瀑布的周围也会出现彩虹；在夏天，街上奔跑的洒水车后面，有时也会出现一段彩虹，用喷雾器在空中喷雾液可以形成彩虹，所以在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷洒水雾，可以人工制造彩虹。 冬天一般不会出现彩虹，因为气温低，水珠少，光照少，所以在冬天一般是不会出现彩虹这一现象的。
2.彩虹的气象原理
空气里小水滴的大小，决定了彩虹的色彩与宽度。雨滴越大，彩虹带越窄，色彩月鲜明，雨滴越小，彩虹带越宽，
色彩月暗淡。当雨滴小到一定程度时，分光和反射不明显，彩虹就消失，这说明了彩虹的形成直接与空气中雨滴的存在、多少、大小有着直接关系，反过来说，彩虹跟天气变化有关。例如：如果彩虹的色彩从鲜艳变为暗淡，宽度从狭窄变为宽大，都说明空气中雨滴由大逐渐变小，由此，我们可以推测空气可能之间转向稳定，天气情况渐趋稳定。
彩虹成因
正好看到彩虹成因，扯一扯，为什么彩虹都是pp的弧形？好，看图说话，彩虹是光在水滴中折射的结果。折射的结果一是分光，分出七色，让我们看见“彩”；二是束角，被分开的光只能在一定的角度范围内出射，这个角度对红光42度，对紫光40度附近，让我们看见“虹”。看光路图，光束拐了360-40/42度才进入人眼，就是说我们只可能在背光向看到彩虹。：
远处一大片的水滴，都能同等地对光作此折射，但是并不是所有这些水滴折射的光都能跑进我们那颗小小的眼睛里，也就是说你看到的彩虹是特定形状的，不是一大片，呐，见下：
也就是说，要特定角度内的雨滴的折射才能进入人眼，形成彩虹。按这个道理来推，彩虹应该是个圆，平常看到的彩虹，圆心在地下，就看到弧，那在飞机上运气好的话，若高空出现彩虹图案，应该可以看到圆彩虹。彩虹色带的分布，也是由于紫光折射太厉害了，跑到环内。 这么说来，你就算跟你mm抱着看彩虹，看到的也不是同一条彩虹。因为彩虹不是一个物体，而只是一个花样。
呐，问题好像说明了，但知不知道彩虹究竟距你有几公里远呢？实际上，应为太阳光束是平行光束，如果这些参与折射的水滴都一般大小的话，可以想象，彩虹的不是几公里外的东西，而是一个从你的眼睛到彩虹的连线再到无限远处的椎体。因为光路是相似的，折射水滴的位置可以拉近拉远，轨迹线就是椎体的母线。
See：
彩虹形成的光学现象
摘要:正雨过天晴,长虹一贯天空,七彩斑斓,坐地仰观半圆虹,凌空俯视一圆霓,虹霓相伴,有几分夺目。原来它们都是光与物质相互作用的结果。本文将就光的彩虹的形成条件、彩虹的形成与光的反射，彩虹的形成与光的折射与色散做简单阐述。
关键词：彩虹;反射;折射;色散
1 引言
生活中时时有物理，处处有物理。通过对生活中各种物理现象的研究，了解世界，了解生活，你会发现生活原来是那么的神奇，那么的有趣味，会因而而更加热爱生活，生活将更有意义。例如正雨过天晴,长虹一贯天空,七彩斑斓,坐地仰观半圆虹,凌空俯视一圆霓,虹霓相伴,晕华烂灿,有几分夺目,也有几分激情。本文将就彩虹的形成条件、光线的照射角度、彩虹的形状、彩虹的颜色分布以及彩虹的霓做简单阐述。
2 彩虹形成的气象条件
彩虹不是很容易看到的，即便在夏日的雨后也仅偶尔可见。彩虹的形成需要满足特定的气象条件。简言之，就是对光线和空气中的水滴含量有要求。雨过天晴，空气中尘埃少而充满水滴，日光从观察者背后以小角度照射水滴，天空的一边因有云遮挡而较暗，这样便会较容易观察到彩虹；彩虹的明暗和宽度由空气里水滴的大小决定。雨滴越大，彩虹带越窄，色彩越鲜明；雨滴越小，彩虹带越宽，色彩越黯淡。当雨滴小到一定程度时，分光和反射不明显，彩虹就消失了。
这说明彩虹的形成与空气中的水滴的多少、大小和光线的明暗、照射的角度有密切的关系。一般冬天的气温较低，在空中不容易存在小水滴，下阵雨的机会也少，所以冬天一般不会有彩虹出现。
3彩虹形成的光学现象
3.1彩虹的形成与光的反射
当阳光照射到半空中的雨点，光线被折射及反射，有一次反射的也有两次反射如图1与图2所示。这是一种镜面发射而不是漫反射，镜面反射分为平面发射
跟球面反射，这都是属于球面反射。球面反射又分为凹面镜和凸面镜，因为光线是在雨滴里面反射的,雨滴又是球形的往外凸的。
造成彩虹的光学原理彩虹是因为阳光射到空中接近圆型的小水滴，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。
图1 一次反射 图2 两次反射
3.2彩虹的形成与光的色散
3.2.1光的色散现象分析
所谓色散从广义上说不单是光波与不同媒质作用而分解成频谱，同时某一物理量如折射率随波长变化而变化才是色散的实质。让一束白光（复色光）通过透明媒质（三棱镜）时，光在玻璃和空气两种媒质分界面上发生折射而分散成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种不同频率的单色光的现象叫做光的色散现象如图3所示。
图3
如图4所示，白光从O点射入三棱镜，由于玻璃对各单色光的折射率不同，而产生不同的折射角度，并在棱镜的另一侧面上发生第二次折射而进入空气到达
屏上形成七色光谱．R1表示一定频率的红光，R2表示一定频率的紫光，设玻璃对红光折射率为n1，对紫光的折射率为n2，入射角与折射角的正弦之比n叫做介质的“绝对折射率”
r1r2，所n1n2以，即红光折射率比紫光小，在白光光谱中从紫光到红光媒质对各单色光的折射率随波长的增大顺次减小，折射角也顺次减小。可见，光的色散表明不同波长的光与媒质原子分子相互作用，致使传播速度减小，折射率减小，即折射率n是波长λ的函数nf(
)。实验表明，折射率n随波长λ近似地按A、B
、C是由材料性质决定的常数，曲线如图5所示。
这是一组玻璃媒质的色散曲线，当波长λ
长的三次方成反比。由色散曲线可知，在可见光范围内，折射率n总是随着波长
λ的增大而减小；波长越短，曲线越陡，斜率越大，色散作用越强；在波长一定时，
不同物质折射率越大，色散率越大，不同物质的色散曲线没有简单的色散关系。
图4 图 5
3.2.2彩虹也是一种自然的色散现象
光线在空气和水滴的分界面时，同时发生反射和折射，由于反射不能将复色光发散成单色光，所以形成彩虹的主要原因是光的折射。由于水对七色光的折射率不同，白光在第一次由空气进入水滴时，就会被分成彩色光带。从图6我们可以看到，在光线第二次到达水滴和空气的分界面时，同样既发生折射和反射，折射出的光线应该是彩色的。我们实际上看到的彩虹是光线第三次到达水滴与空气
的分界面时折射出水滴的光线形成的。那为什么第一次从水滴中折射出的光线，我们没有看到彩虹？这是由眼睛对光线的敏感度决定的，由于第一次折射出的光线的强度较太阳光弱的多，当他们同时照到人眼睛时，我们只会感觉到太阳光，而通过水滴的折射光线就看不到了，所以在这个角度观察不到彩虹。
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。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，蓝光的折射角度比红光大。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。
图6
4结束语
造成彩虹的光学原理彩虹是因为阳光射到空中接近圆型的小水滴，造成色散及反射而成。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。
在可见光范围内，折射率n总是随着波长λ的增大而减小；波长越短，曲线越陡，斜率越大，色散作用越强；在波长一定时，不同物质折射率越大，色散率越大，不同物质的色散曲线没有简单的色散关系。
彩虹的形成与空气中的水滴的多少、大小和光线的明暗、照射的角度有密切的关系。下过雨后，有许多微小的水滴漂浮在空中，当阳光照射到小水滴上时会发生折射，分散成7种颜色的光。很多小水滴同时把阳光折射出来，再反射到我们的眼睛里，我们就会看到一条半圆形的彩虹。彩虹的色带分明，红的排在最外面，接下来是橙、黄、绿、青、蓝、紫6种颜色。空气里水滴的大小，决定了虹的色彩鲜艳程度和宽窄。空气中的水滴大，虹就鲜艳，也比较窄。反之，水滴小，虹色就淡，也比较宽。
参考文献：
[1] 余小英，李凡生。彩虹形成的光学原理及散射角的推导[J].广西：南宁师范高等专科学校学报，2007.
[2] 陆先生。光的色散现象与分析实验[J].安徽：安徽省凤阳师范物理通报，1999.
彩虹的形成原理
为什么彩虹出现的时候一般有两条，并且光带颜色刚好相反？彩虹的形成原理是什么？ 答：两条其中一条叫彩虹，另一条叫霓。有时在虹的外侧还能看到第二道虹，光彩比第一道虹稍淡，色序是外紫内红。称为副虹或霓。霓和虹的不同点仅仅大于光线在雨点内产生二次内反射，因此光线通过雨滴后射到我们眼帘时，光弧色带就与虹正好相反。
彩虹，简称虹，一般雨后出现彩虹（一般在早晨或者傍晚出现，很少在中午。夏天向天空喷一口水汽也能容易地生成小彩虹）。
通常说的彩虹一定是红色在外，紫色在内，呈弧形，弧高40～42度。这可以通过几何光学的折射和反射定律，及地球与太阳（别的光源也可以）的关系解释，简单说就是，太阳光线通过大量小球形的水珠时，发生折射和反射后到达人的眼睛，形成了色彩分开的虚像。频率高的光波折射的程度要大于频率低的光波，于是彩虹中红色在外，紫色在内，中间有各色光带。
与彩虹相对的是“霓”，它也叫副虹，位于“虹”的外圈，一般不出现，或者即使出现亮度和鲜艳程度也不及虹。英文中，与霓对应的是“secondary rainbow”，也称二级虹、次级虹，弧高52～54.5度。“霓”的色彩正好与虹相反，即外圈是紫色，内圈是红色。霓的成因也与折射和反射有关，只不过它是二次内反射（double 或 twointernal
reflections）的结果（所以亮度减少）。严格说在主虹（即通常的虹）内侧，还有复杂的光学现象，要用到其他其他理论才能解释。据说Carl Boyer写过一本书《虹：从神话到数学》（The RainbowFrom Myth to Mathematics，1959），大概讲述人们认识虹的历史过程。 历史上关于虹有大量描写和论述，好像朱熹就正确地指出过虹的形成与小水珠有关。在近代科学史上，笛卡儿（Rene Descartes，1637）和牛顿都专门研究过虹，有精确的解释。有趣的是，意大利的一位还用现象学的方法研究过虹，他做了许多现象学的实验，重现了几何光学关于虹的几乎全部实验结果。他试图表明，当年哥德的颜色理论也许还有用（那作者我忘记了，从网上能够找到）。
内圈为虹，外圈为霓：
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彩虹由一端至另一端，横跨84°。以一般的35mm照相机，需要焦距为19mm以下的广角镜头才可以用单格把整条彩虹拍下。倘若在飞机上，会看见彩虹是原整的圆形而不是拱形，而圆形彩虹的正中心则是飞机行进的方向。
参考资料：
晚虹是一种罕见的现象，在月光强烈的晚上可能出现。由于人类视觉在晚间低光线的情况下难以分辨颜色，故此晚虹看起来好像是全白色的 白色彩虹？大家一定没见过吧，今天就带你来领略其风采。我们看到的彩虹一般都是七色的，北极的彩虹与一般的彩虹不一样，是白色的？大自然的鬼斧神工真是让人惊叹不已。 看着下面的图片，感觉白色的彩虹更像是通往某个地方的大门。难道是上诺亚方舟的大门？？
那白色彩虹形成的原因和普通彩虹一样吗？白色的彩虹是因为那天正好是极昼，所以很普通的彩虹不一样，看到这样的美景真是幸福！【彩虹的形成原因】
海市蜃楼原理
通过课本分析，对光在空气中全反射形成的蜃景现象，似乎都清楚了．但是当看到阅读材料中，两种蜃景的光路示意图，令人感到困惑．海市蜃楼中的景物悬在空中是正立的，沙漠里的蜃景物体是倒立的．同样的现象，差异为什么那么大？这个问题课本分析还显笼统，必须进一步分析．
海面上的空气层各处折射率不同，但是在单位高度上折射率的差异很小，这就决定了海面上的蜃景发生范围很大．海面上的空气层越低，温度越低，密度越大折射率越大．空气层越高，温度越高，密度越小，折射率越小．同一景物上部附近的空气的折射率，略小于下部附近的空气层的折射率．当景物各处发出的光线射向空气时，都越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角都逐渐增大．当光线的入射角增大到临界角时，就发生全反射现象．但是物体上部发出的光线，在较高空气层发生全反射，物体下部发出的光线，在比上部略低点空气层发生全反射．当空中全反射的光线射到地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物正立悬在空中。【彩虹的形成原因】
沙漠附近各处空气的折射率不同，而且在单位高度上折射率的差异略大些．这就决定了
沙漠里的蜃景，发生范围相对海面上蜃景要小许多．越接近沙面空气层，温度越高，密度越小，折射率越小．离沙面稍高一点的空气层，温度越低，密度越大，折射率越大．同一景物上下各处空气层的折射率有差异，上处空气层折射率大于下层空气层折射率．当景物上部发出光线射向密度较低的空气中，光线逐渐偏离法线方向，进入下层空气的入射角增大，以至于在观察者附近发生全反射．景物下部空气层虽然比上部折射率小，但比沙面处空气层的折射率大．当景物下部光线射向沙面处空气时，由于光线入射角增大，当光线偏离法线后，在景物附近处的空气层就发生全反射．当观察者逆着光线看去，就会看到远处物体是倒立的，也往往以为前方有一明亮的水面．
通过分析，我们进一步明确，海市蜃楼和沙漠里的蜃景都是空气中的全反射现象．表面看起来景物的像一次是正立的，一次是倒立的，差异很大，而实际是全反射条件不同造成的．
可是当空气温度在垂直变化的反常，并会导致与通常不同的折射和全反射，这就会产生海市蜃楼的现象。由于空气密度反常的具体情况不同，海市蜃楼出现的型式也不同。
在夏季，白昼海水湿度比较低，特别是有冷水流经过的海面，水温更低，下层空气受水温更低，下层空气受水温影响，较上层空气为冷，出现下冷上暧的反常现象（正常情况是下暧上凉，平均每隔100米高度，气温降低0.5~0.6 左右）。下层空气本来就因气压较高，密度较大，现在再加上气温又较上层为低，密度就显得特别大，因此空气层下密上稀的差别异常显著。
假使在我们的东方地平线下有一艘轮船，一般情况下是看不到它的。如果由于这时空气下密上稀的差异太大了，来自船舶的光线先由密度的气层逐渐折射进入稀的气层，并在上层发生全反射，又折回到下层密的气层中来；经过这样弯曲的线路，最后投入我们的眼中，我们就能看到它的像。由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的，因此我们所看到的轮船映像比实物是抬高了许多，所以叫做上现蜃景。
我国渤海中有个庙岛群岛，在夏季，白昼海水温度较低，空气密度会出现显著地下密上稀的差异，在渤海南岸的蓬莱县（古时又叫登州），常可看到庙岛群岛的幻影。宋朝时候的沈括，在他的名蓍《梦溪笔谈》里就有这样的记载：
“登州海中时有云气，如宫室台观，城堞人物，车马冠盖，历历可睹。”
这就是他在蓬莱所看到的上现蜃景。1933年5月22日上午11点多钟，青岛前海（胶州湾外口）竹岔岛上也曾发现过上现蜃景，一时轰传全市，很多人前往观看。1975年在广东省附近的海面上，曾出现一次延续6小时的上现蜃景。
彩虹是怎样形成的？
彩虹是一种自然现象，是由于阳光射到空气的水滴里，发生光的反射和折射造成的。
我们知道，当太阳光通过三棱镜的时候，前进的方向就会发生偏折，而且把原来的白色光线分解成红，橙，黄，绿，蓝，靛，紫各种颜色的光带。下雨时，或在雨后，空气中充满着无数个小小的能偏折日光的水滴。当阳光经过水滴时，不仅改变了前进的方向，同时被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光。如果角度适宜，就成了我们看到的彩虹。一般说来，只有夏天才有彩虹，这是因为夏天多下阵雨，有时，东边日出西边雨，雨的范围又不大。而冬天干冷，很少下雨，而降雪是不会形成彩虹的。
石壁望松寥，宛然在碧霄。安得五彩虹，驾天作长桥。仙人如爱我，举手来相招。 ...
出自:《焦山望松寥山》 年代:唐 作者:李白 李白诗词全集
江城如画里，山晓望晴空。两水夹明镜，双桥落彩虹。人烟寒橘柚，秋色老梧桐。谁念北楼上，临风怀谢公。
...
出自:《秋登宣城谢眺北楼》 年代:唐 作者:李白 李白诗词全集
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