彩虹與色散

余 虹

(大連理工大學物理與光電工程學院，遼寧 大連 116024)

彩虹與色散

余 虹

(大連理工大學物理與光電工程學院，遼寧 大連 116024)

本文介紹了彩虹產生的物理機理。

虹；霓；色散

雨后，夏日的雨后，斜陽復出，偶爾會給天空帶來一抹彩色，引得行人駐足仰首，還時不時傳出驚嘆聲：“快看彩虹！”“呀，還是雙的！”

你知道彩虹是怎么形成的嗎？你知道為什么會有“雙”的嗎？

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

表1 水對不同波長的可見光的折射率

根據斯尼爾折射定律n1sini1=n2sini2，當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，即波長長的折射角較大(如圖1所示)。

圖1 色散圖

夏日雨后，空氣中充滿了水汽，陽光入射水汽后產生色散。如圖2所示，從水汽上半部入射的光，經過第一次折射產生的色散，又經過一次反射、一次折射形成了彩虹。從下半部入射的光，經過第一次折射產生的色散，又經過兩次反射、一次折射形成了霓。

圖2 虹與霓圖

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

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

[1] 水對不同波長的光的折射率[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，主要從事物理教學與研究工作，研究方向為激光醫學,yuhong@dlut.edu.cn。

余虹. 彩虹與色散[J]. 物理與工程，2017，27(2)：22,25.