觀劇報告:掌上物理課: 光的色散及彩虹的形成原理

  “可否不分膚色的界限,願這土地裡,不分你我高低。繽紛色彩顯出的美麗,是因它沒有,分開每種色彩”,這是黃家駒對自由和平等的絕唱。人類的自由和平等,在於不分膚色和尊卑的界限;彩虹的美麗,在於共享太陽賦予的七色光輝。神奇的大自然,又是如何將單調的陽光分解成絢麗的七色彩虹?

觀劇報告:掌上物理課: 光的色散及彩虹的形成原理

  彩虹的形成一般是在雨後的早晨或傍晚,由此可以發現彩虹形成的兩個重要條件,大氣中的水珠、斜射的陽光。先讓我們來看看陽光斜射入水珠所發生的現象:

觀劇報告:掌上物理課: 光的色散及彩虹的形成原理

  太陽光是由七種色光混合形成的白光,在雨後,大氣中仍漂浮這大量小水珠,這些水珠非常小,以至於不能形成雨滴落到地面。當白色的陽光斜射向水珠表面時,進入水珠的光線會發生偏折,也就是發生第一次的折射現象。由於不同色光的偏折能力不同,所以陽光在第一次進入水珠後就發生了色散:紅光的偏折程度最弱,位於上方;紫光的偏折程度最強,位於下方。

  已經分開是七色光在水珠中傳播,很快就到達了水和空氣的第二個分介面,在這個分介面上,七色光又將發生第二次折射。類似於三稜鏡的色三現象,第二次的折射進一步將七色光分開,七種顏色的光按照紅橙黃綠藍靛紫的順序由上到下分開,然後義無反顧地射向大地。大地上的人們抬頭仰望天空,就會觀察到......等等,事實上,由於這時候七色光的入射方向和太陽光基本一致,所以麼,雖然有色散現象,但是在強烈的陽光下並不容易觀察到彩虹。

  不著急,繼續分析光在水珠右側表面的現象,除了發生折射,還有反射:由於入射光中七色光的入射角並不相同,導致了反射光依然是七色分開,只不過由於反射的對稱性,這時的紫光在上、紅光在下,繼續傳播到水珠下方的分介面,發生第二次折射,這時,向左射向大地的光是按照紫靛藍綠黃橙紅的順序排列,古人稱之為“霓”。

  如果空中的水珠位置更高,那就會發生另一種方向的色散,如圖:

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  陽光從水珠的下方進入,分別發生第一次折射、反射、第二次折射後反向射向大地,此時人們看到的就是按照紅橙黃綠藍靛紫排列的七色光帶,古人稱之為“虹”。

  我們的先人早就對三稜鏡的色散現象做了研究,只不過起的名字有點那個,叫做“七魄鏡”!那時候的科技愛好者們不僅對自然界的“虹”和“霓”做了區分,而且還進行了人造彩虹的實驗, “背乎於陽,噴乎於水”的記載,就是告訴後人一定要背對陽光,然後噴灑水霧,才能看見彩虹。

  怎麼樣,有興趣的話是不是也自己造一個?

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