余 虹

(大連理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院，遼寧 大連 116024)

彩虹與色散

余 虹

(大連理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院，遼寧 大連 116024)

本文介紹了彩虹產(chǎn)生的物理機(jī)理。

虹；霓；色散

雨后，夏日的雨后，斜陽(yáng)復(fù)出，偶爾會(huì)給天空帶來(lái)一抹彩色，引得行人駐足仰首，還時(shí)不時(shí)傳出驚嘆聲：“快看彩虹！”“呀，還是雙的！”

你知道彩虹是怎么形成的嗎？你知道為什么會(huì)有“雙”的嗎？

形成彩虹的物理機(jī)理叫做“色散”。色散是媒質(zhì)的折射率隨波長(zhǎng)而變化，造成的同方向入射的不同波長(zhǎng)的光沿不同方向折射的現(xiàn)象。任何媒質(zhì)或多或少都有色散作用。水對(duì)不同波長(zhǎng)的可見光的折射率如表1所示[1]。

表1 水對(duì)不同波長(zhǎng)的可見光的折射率

根據(jù)斯尼爾折射定律n1sini1=n2sini2，當(dāng)白光從空氣入射水面，折射角滿足n紅sini紅=……=n紫sini紫，已知n紅<…………>i紫，即波長(zhǎng)長(zhǎng)的折射角較大(如圖1所示)。

圖1 色散圖

夏日雨后，空氣中充滿了水汽，陽(yáng)光入射水汽后產(chǎn)生色散。如圖2所示，從水汽上半部入射的光，經(jīng)過(guò)第一次折射產(chǎn)生的色散，又經(jīng)過(guò)一次反射、一次折射形成了彩虹。從下半部入射的光，經(jīng)過(guò)第一次折射產(chǎn)生的色散，又經(jīng)過(guò)兩次反射、一次折射形成了霓。

圖2 虹與霓圖

從圖2 的光路可以看出，虹長(zhǎng)波在上短波在下，即紅色在上紫色在下；霓則短波在上長(zhǎng)波在下，即紫色在上紅色在下。虹的仰角比霓的仰角小一些，所以你會(huì)看到“雙”的，里圈為虹外圈為霓。由于每一次反射都會(huì)有一部分光透射出去，而霓多經(jīng)過(guò)了一次反射，所以通常霓的光強(qiáng)比虹弱，顯得淡一些，有時(shí)淡得看不見。

只要滿足陽(yáng)光(白光)和水汽的物理?xiàng)l件就會(huì)形成彩虹(圖3)。在大瀑布附近水汽充沛，陽(yáng)光下只要你站的位置合適，隨時(shí)可以看見彩虹。你甚至可以自己制造彩虹，只要背著陽(yáng)光噴出一口水形成霧氣，就隱約可見虹在其中。

[1] 水對(duì)不同波長(zhǎng)的光的折射率[EB/OL]. http://wenwen.sogou.com/z/q706724555.htm.[2016-08-01]

RAINBOW AND DISPERSION

Yu Hong

(School of Physics and Optoelectronic Engineering， Dalian University of Technology， Dalian Liaoning 116024)

The physical mechanism of the rainbow is introduced in this paper.

rainbow； secondary rainbow； dispersion

圖3 白光和水汽形成了彩虹

2016-08-02

余虹，女，教授，主要從事物理教學(xué)與研究工作，研究方向?yàn)榧す忉t(yī)學(xué),yuhong@dlut.edu.cn。

余虹. 彩虹與色散[J]. 物理與工程，2017，27(2)：22,25.