观剧报告:掌上物理课: 光的色散及彩虹的形成原理

  “可否不分肤色的界限,愿这土地里,不分你我高低。缤纷色彩显出的美丽,是因它没有,分开每种色彩”,这是黄家驹对自由和平等的绝唱。人类的自由和平等,在于不分肤色和尊卑的界限;彩虹的美丽,在于共享太阳赋予的七色光辉。神奇的大自然,又是如何将单调的阳光分解成绚丽的七色彩虹?

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  彩虹的形成一般是在雨后的早晨或傍晚,由此可以发现彩虹形成的两个重要条件,大气中的水珠、斜射的阳光。先让我们来看看阳光斜射入水珠所发生的现象:

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  太阳光是由七种色光混合形成的白光,在雨后,大气中仍漂浮这大量小水珠,这些水珠非常小,以至于不能形成雨滴落到地面。当白色的阳光斜射向水珠表面时,进入水珠的光线会发生偏折,也就是发生第一次的折射现象。由于不同色光的偏折能力不同,所以阳光在第一次进入水珠后就发生了色散:红光的偏折程度最弱,位于上方;紫光的偏折程度最强,位于下方。

  已经分开是七色光在水珠中传播,很快就到达了水和空气的第二个分界面,在这个分界面上,七色光又将发生第二次折射。类似于三棱镜的色三现象,第二次的折射进一步将七色光分开,七种颜色的光按照红橙黄绿蓝靛紫的顺序由上到下分开,然后义无反顾地射向大地。大地上的人们抬头仰望天空,就会观察到......等等,事实上,由于这时候七色光的入射方向和太阳光基本一致,所以么,虽然有色散现象,但是在强烈的阳光下并不容易观察到彩虹。

  不着急,继续分析光在水珠右侧表面的现象,除了发生折射,还有反射:由于入射光中七色光的入射角并不相同,导致了反射光依然是七色分开,只不过由于反射的对称性,这时的紫光在上、红光在下,继续传播到水珠下方的分界面,发生第二次折射,这时,向左射向大地的光是按照紫靛蓝绿黄橙红的顺序排列,古人称之为“霓”。

  如果空中的水珠位置更高,那就会发生另一种方向的色散,如图:

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  阳光从水珠的下方进入,分别发生第一次折射、反射、第二次折射后反向射向大地,此时人们看到的就是按照红橙黄绿蓝靛紫排列的七色光带,古人称之为“虹”。

  我们的先人早就对三棱镜的色散现象做了研究,只不过起的名字有点那个,叫做“七魄镜”!那时候的科技爱好者们不仅对自然界的“虹”和“霓”做了区分,而且还进行了人造彩虹的实验, “背乎于阳,喷乎于水”的记载,就是告诉后人一定要背对阳光,然后喷洒水雾,才能看见彩虹。

  怎么样,有兴趣的话是不是也自己造一个?

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