从彩虹形成的光学原理知道:阳光是从不同角度射入雨滴的，出射光线也以不同角度射出，而只有某特定角度的光线强度最强，只有这个角度的光线进入人眼后，人才能看到彩虹。如果以人眼为中心，沿平行于太阳光的方向做一条轴线，那么以同一角度进入人眼的光线就会围绕这条轴线形成一个圆锥面。如果阳光不平行于地面，圆锥面一部分被地势遮住，这时人所看到的彩虹就是一段圆弧了， 从图3-1还可看出，当太阳升高时，仍要求满足最小偏向角的条件，出射光线与地平线之间的夹角将减小，看到的虹、霓圆弧也将减少。当太阳光与地平线所夹的角大于42°41′时，彩虹的位置将在地平线以下而不可见，这也是为什么彩虹很少在中午出现的原因。我们实际观察到的情况就是这样的。在我国只 有上午九点以前，下午三点以后，才有虹出现，而且越靠近早晨或傍晚，虹、霓能看到的部分越多，但在地面上始终看不到完整的虹和霓，若到高山顶上或在飞机上便可观察到完整的圆形的虹和霓。不同人所看到的彩虹,是从不同雨滴折射出来的，所见的同一道虹,紫光与红光也是来自不同雨滴折射出来的。可以说每个人看到的彩虹都是专属于自己的彩虹。 从以上计算结果我们知道：入射在水滴上某一点的任何一种单色光,如果满足最小偏向角(即最大回转角)的条件,则在这一点附近入射的同种色光在射出水滴后,它们的方向几乎是平行的,在这个方向上出射光能量也是最集中的。沿此方向看去,水滴是最明亮的,故此方向又称为水滴的闪耀方向。沿着其它方向射出的光线会分散,因而观察不到水滴。可见闪耀方向就是我们实际观察到虹和霓的向。 3.3谁能从侧面看到彩虹 虹是以人的位置为中心，在与太阳位置相对的方向上，由无数球状的水滴漂浮汇聚在一起而出现的。从上知人看到彩虹的一些条件，如果想看到彩虹的侧面而移动位置，你永远也无法达到目的，因为不管你如何移动，你总是处在锥体的顶点上。如下图所示： 彩虹的观测 1)打开演示实验装置的光源，再开水泵喷水。 2)拧动喷头的锥面间隙．，调整出射口，使喷头喷出水滴在空间分布满足形成彩虹的条件。 3)观察者站在光源与喷头之间，沿着与水平方向成42。方向通过空中水滴观看彩虹[5]。 彩虹颜色的观测 彩虹为拱形，颜色由外向内分别是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，即外红内紫。动喷头，改变锥面1与锥面2之间的间隙，即改变水滴的大小，观测彩虹时发现，彩虹的艳丽程度与水滴大小有关，即水滴越大，色彩越鲜明[6]。 通过演示实验我们可以清楚知道彩虹的形成过程，还可以对影响彩虹形成的因素进行探究。 彩虹作为一种自然现象，它所遵循的物理学原理都是通用的。在远离地球的外星球上，科学家们也正在努力寻找这种自然现象。比如，在月球上的彩虹湾，也许存在彩虹现象。在土星光环最明亮的部位出现的彩虹现象，后来却被证实是“卡西尼”号探测器成像系统所形成的“赝品”。在土卫六上，也可能有彩虹现象出现。观测数据已经证实，土卫六上存在甲烷雨和湖泊，这些液体或许可以形成彩虹。甲烷彩虹看起来可能会与我们所熟悉的地球彩虹有所不同。也许将来有一天人类能够最终看到这种外星奇观[7]。 天空会微笑？韩国首尔出现一个“倒挂”彩虹。根据杰奎琳的丈夫西蒙说明，倒挂彩虹现象，和普通彩虹出现的原理是不一样的，倒挂彩虹在天文学上被称为幻日弧光(circumzenithalarc)现象，其样子看起来是一个倒挂着的彩虹。西蒙认为人们经常见到的彩虹，是由于雨滴或雾滴对太阳光折射产生的一道七色光谱的弧。然而幻日弧光的形成条件是天空晴朗、云层非常少，同时阳光还得以一定的角度，照射在距离地面6100米至7625米的云层中的细小的冰晶上，才能形成折射。此外，云层中的冰晶表面一定得是弯曲的，且颗粒比盐粒还要小。“倒挂彩虹”在天文学上被称为幻日弧光，并不是传统意义上的彩虹，科学家们把这个神奇的微笑命名为“上帝之眼”。幻日弧光是阳光折射在云层中数以百万计的小冰晶上形成的，由于冰晶不规则，光线发生了折射，从而形成了倒挂现象。因云中冰晶会不断改变方向，所以出现 “倒挂彩虹”的现象极为短暂，一般很少被人们发现。 通过本文的介绍相信大家对彩虹有了更全面的了解，雨是风的痕迹，风是雨的信息，彩虹则是风雨后的美丽。彩虹是由太阳光所包含的各色光的折射率不同，而产生的分光现象，形成彩虹时光线偏折了约。彩虹的形状一般是一道圆弧，但是如果条件适宜，观察者能看到更多款式的彩虹。形成彩虹时红光的偏折角大于紫光的偏折角，所以我们看到的彩虹外侧是红色，内侧是紫色。由彩虹形成的条件我们知道：假如入射光线改为单色光线，如红、黄、蓝等，我们就不可能观察到美丽的彩虹现象，光线的强弱也是影响彩虹的一个因素。一般来说，雨滴体积越大,形成的彩虹越鲜亮，虹带越窄；反之，雨滴体积越小,形成的彩虹就越淡,也比较宽,不明显。如果雨滴过小,就可能没有彩虹。我们还可以根据彩虹形成的条件进行人工模拟彩虹。关于彩虹现象的研究，本文也存在着一些不足的地方，希望能在今后的学习中得以完善。 |
