「收藏」2020年江西省考常识累积：彩虹原理和变化

 

 

　　彩虹，又称天弓（客家话）、天虹、绛等，简称虹，是气象中的一种光学现象，当太阳光照射到半空中的水滴，光线被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光谱，由外圈至内圈呈红、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，但为了简便起见，所以只用七种颜色作为区别。

 

　　一、简介

 

　　彩虹，其实只要空气中有水滴，而阳光正在观察者的背后以低角度照射，便可能产生可以观察到的彩虹现象，彩虹最常在下午，雨后刚转天晴时出现，这时空气内尘埃少而充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗，而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容易被看到。另一个经常可见到彩虹的地方是瀑布附近，在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷洒水雾，亦可以制造人工彩虹。

 

　　月虹，又称晚虹，是一种非常罕见的现象，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。

 

　　二、原理

 

　　彩虹是因为阳光射到空中接近球形的小水滴，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，总共经过一次反射两次折射。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。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。因此，彩虹和霓虹的高度不一样，颜色的层递顺序也正好反过来。彩虹意旨光线经过两次折射一次反射，霓虹则是光线经过两次折射两次反射。

 

　　三、变化

 

　　1.多重彩虹

 

　　大多数人因为没有积极的去观察而不会注意到霓，霓是经常出现在主虹外侧昏暗的第二道彩虹。霓是阳光经由雨滴内两次反射和两次折射产生的，出线的角度在50–53°。两次反射的结果，使得霓的色彩排列和虹的弧相反，蓝色在外而红色在内。霓比虹暗弱，因为两次反射不仅使得更多的光线逃逸掉，散布的区域也更为宽广。在虹与霓之间未被照亮的天空，因为是亚历山大最先描述的，所以被命名为亚历山大带。

 

　　更暗的第三道虹，甚至第四道虹，都曾经被拍摄过。这些是阳光在雨滴内经过三次或四次反射造成的。这些虹都出现在与太阳同一侧的天空，第三道和太阳相距约40°，第四道则约为45°。因为阳光的关系，用肉眼很难看见。

 

　　Felix Billet （1808–1882） 叙述过更高阶的虹，他描绘出第19道虹的位置，并称此种模式为"彩虹玫瑰"。在实验室内，使用更明亮的光线和准直良好的激光，可以观察到更高阶的虹。据报吴等多人在1998年使用类似的方法，以氩离子激光光束达到200阶的虹。

 

　　2.反射虹和被反射虹

 

　　当彩虹出现在水面的物体上时，来自不同光路互补的两个镜弧可能分别出现在水面上和水面下。它们的名称略有不同，如果水面是平静的被反射虹将呈现镜像出现在水面的地平线下方。阳光在抵达观测者之前首先受到雨滴的偏折，然后经过水面的反射。被反射虹，至少是一部分，经常可见，甚至在小水坑都可见。

 

　　当阳光在抵达雨滴前先被水面反射，它可能生成反射虹，如果水面够大，整个表面也是平静的，并靠近雨幕，反射虹便可能出现在地平线之上。它与正常的彩虹交会在地平线处，并且它的弧会在天空的较高处，因为它的中心在地平线之上，而正常彩虹的中心在地平线之下。由于需要上述条件的配合，反射虹是很罕见的。

 

　　如果反射的弧再被反射，并且霓反射弧和他的反射弧同时都出现，同时出现6条（或是8条）彩带也是可能的。

 

　　3.全圆彩虹

 

　　全圆彩虹导因于雨滴对阳光的“内反射”所造成的，因为雨滴和空气的折射率不同导致。

 

　　刷 题 巩 固

 

　　例题：彩虹是太阳光照射到空气中的水滴时，光线被折射及反射，在天空中形成的拱形七彩光谱。下列关于彩虹的说法正确的是：

 

　　A.冬天不易出现彩虹

 

　　B.水滴越大，彩虹越不明显

 

　　C.彩虹上的蓝光总在红光上方

 

　　D.彩虹的明显程度与阳光强度无关

 

　　正确答案是A

 

　　解析

 

　　本题主要考查物理常识，涉及到彩虹相关知识。

 

　　A项正确，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，所以冬天一般不容易有彩虹出现。

 

　　B项错误，在阳光强度一定的条件下，彩虹的明显程度，取决于空气中小水滴的大小。小水滴体积越大，形成的彩虹越鲜亮，小水滴体积越小，形成的彩虹就不明显。

 

　　C项错误，水对阳光有色散作用，不同波长的光的折射率有所不同。因为蓝光的折射率比红光大，致使蓝光的偏折程度大。所以红光在最上方，其它颜色在下。

 

　　D项错误，彩虹的明显与否，一主要取决于在各色光的宽度上，宽度大就明显，宽度小则各色光重叠不明显；二与太阳光的强度有一定关系，因为太阳光强可以影响各色光的亮度。因此彩虹明显度与太阳光强有关。

 

　　故正确答案为A。