文档介绍：用光的折射、反射原理解释彩虹现象
学科王学学科王科王谁持彩练当空舞
雨过天晴,天边出现一道美丽的彩虹,令古今多少文人墨客浮想联翩。"赤橙黄绿青蓝紫,谁持彩练当空舞?"便是诗人对彩虹现象的一种浪漫的疑问。那么这种现象是怎样形成的呢?早在几百年前,人们就这种现象进行了研究和解释。德国人西奥多里克最早在实验室中用太阳光照射装满水的大玻璃球壳模拟出天上的彩虹。笛卡儿、牛顿等人都对此现象做过深入的研究,由此引起的争论对光学的发展起到极大的推动作用。现在,我们用了高中物理教材中的光学知识,便可对这种现象给以粗浅的解释。
要解释彩虹现象主要需要光的反射定律、光的折射定律、光的色散等这些光学知识。当一束白光照到如图1所示的三棱镜上,光线进入三棱镜中要发生折射现象。棱镜对不同的单色光折射率不同,折射率由小到大的顺序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,所以在棱镜后面的屏1上可得到彩色光带,其排列顺序为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。而一部分光要被反射到棱镜的底面后再折射出去,由图1可知在棱镜的下面放置的光屏2上从右到左光带排列的顺序是紫、靛、蓝、绿、黄、橙、红。如果人眼在屏1彩带处则看到的是从上到下的排列顺序由紫到红。在屏2彩带处则看到的是从右到左的排列顺序由红到紫。
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知道了上面的光学知识,我们便可对彩虹现象进行解释了。彩虹是由于雨后空气中弥漫着无数的小水珠对太阳光的折射和反射而形成的。下面我们以一个小水珠为例来说明:如图2所示,一束太阳光oa照射到距地面一定高度的小水珠上的a点,在小水珠和空气[来源:学科王]
的界面要发生反射和折射,现在我们只研究某种色光的折射光线ab,光线ab在水和空气的界面上要发生反射和折射,现只画出反射光线bc,bc在水和空气的界面上发生折射和反射,现只看折射光线cd,折射光线cd射向地面。对于照到水珠上的平行单色光来说,入射点不同,它的偏折方向也不同,但它们的反向延长线会相交成像。由于大量水珠的共同作用就形成了我们所看到彩虹中的某种颜色的光带。太阳光中的其它色光也会发生同样的情况。由于水对不同的色光折射率不同,尽管入射角相同,折射角也不相同。所以不同色光射向地面的角度略有不同。也就是发生了色散现象。又由于太阳光谱虽然是吸收光谱,但我们肉眼根本无法看出。这样我们看到的就是一条连续分布的弧形彩带,红光的折射率最小所以两次折射后成像应在最上面,紫光的折射率最大两次折射后成像应在最下面。如学科王学科王学科王学科王学科王学科王学科王学科王学科王学科王学科王学科王学科王学科王
图3。所以彩带的颜色分布是由外向内的顺序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。晴天在喷泉的旁边也可以看到彩虹现象。[来源:学科王][来源:学科王
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有时虹的旁边还有副虹,副虹