彩虹,是太阳穿透天空中的雨粒时形成反射而出现的,春天气温低,雨时长,不具备不满足出彩虹的必要条件,所以春天风雨后是难得见有彩虹的,一般在夏雨后,特别是阵雨后的早上,朝阳初升,与黄昏夕阳西下时才会易见彩虹。彩虹是自然现象,要见彩虹是需要一定的气象条件的。
1、彩虹是怎么形成的?
牛顿利用三棱镜将太阳光分解成红橙黄绿蓝靛紫七种单色光,这种现象叫光的色散。雨后,空气中悬浮着大量的小水滴,小水滴就起到三棱镜的作用,太阳光进入小水滴,在水滴与空气的界面处发生折射和反射,也会发生色散现象,在天空形成彩色的光带——彩虹。简单的就这些,想了解详细点接着看,下图时是太阳光进入小水滴时传播的路径,光从C点进入小水滴,经D点反射,再从E点射出。
过小水滴的球心O作AB平行于入射太阳光,将从E点射出的光线反向延长,与AB的夹角为α,入射的太阳光是平行的,但由于不同色光对应的α角不同,最后从小水滴射出的光线不再平行,其中当α最大时强度最大,能被人观察到,这样人眼能看到的光线都与太阳光夹角一样,集中到一点就是一个正圆锥体的侧面,所以,射出光线的小水滴都在一个圆弧上。
对于某一小水滴而言,只能有一种色光能被人看到,不同色光的α最大值略有不同,所以进入人眼的不同色光来自内外不同弧线上的小水滴。其中,按红橙黄绿蓝靛紫的顺序,各种色光的α最大值依次减小,红光最大,紫光最小,因此彩虹的颜色由外圈到里圈依次是红橙黄绿蓝靛紫,最外圈是红色,最里圈是紫色,由于被地球遮挡,通常看到的彩虹只是上部的一部分,如果乘坐飞机时,赶巧出现彩虹,会看到彩虹是圆形的。
2、天上雨后的彩虹是怎么形成的,需要什么条件?
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。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。其实只要有空气中有水滴,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,亦可以人工制造彩虹。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,我们面对着太阳是看不到彩虹的,只有背着太阳才能看到彩虹,所以早晨的彩虹出现在西方,黄昏的彩虹总在东方出现。
可我们看不见,只有乘飞机从高空向下看,才能见到,虹的出现与当时天气变化相联系,一般我们从虹出现在天空中的位置可以推测当时将出现晴天或雨天。东方出现虹时,本地是不大容易下雨的,而西方出现虹时,本地下雨的可能性却很大,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。
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,造成彩虹的光学原理很多时候会见到两条彩虹同时出现,在平常的彩虹外边出现同心,但较暗的副虹(又称霓)。副虹是阳光在水滴中经两次反射而成,两次反射最强烈的反射角出现在50°至53°,所以副虹位置在主虹之外,因为有两次的反射,副虹的颜色次序跟主虹反转,外侧为蓝色,内侧为红色。
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