別只顧著看彩虹,這裡可涉及到許多明天上午理綜考試的知識點!

「雙彩虹」，是在原彩虹的外圍出現一條直徑稍大、顏色反轉的同心彩虹（副虹）與原彩虹（主虹）一起而形成的一種神奇的自然景觀。彩虹的主虹是水點內的反射造成，而副虹則是兩次反射形成的。其中，紅色在外、紫色在內顏色鮮豔的叫「虹」，另一個紫色在外、紅色在內顏色較淡的 叫「霓」，這種美麗的自然現象被人們稱為」虹霓「。

 

攝：李明

「雨後復斜陽，彩虹舞當空」現象的產生，就是由於雨後半邊天空露出太陽，另外半邊卻有厚厚的雲層，太陽光經雨點折射和反射後 , 每種波長的光都相對集中在最小偏向角的方向上。而不同波長的光 , 由於雨點對它的折射不同 , 它們的偏向角就稍有不同 , 因而形成了色散 。當太陽光穿過雲層和空氣中的小水滴及地面溫度較高，蒸發很快，雨後天空還漂浮著水汽和小水滴，就被折射出七彩霓虹。

 

攝：Ravey

攝：Ravey

牛頓解釋了彩色的來源，笛卡爾揭開了產生虹霓現象的面紗。

 

「虹」的產生

 

由幾何關係可以計算出，光線經過兩次折射和一次反射以後其偏向角：180° + 2α－4β 與水平方向所成的銳角( 即觀察者沿著陽光的方向觀察上述光線的視角)為：180°－( 180° + 2α－4β)= 4β－2α。

虹的光路圖

根據折射定律，sinα/sinβ = 1.33，所有光線經過進入水球的折射，反射和再次折射後，具有不同的光線偏向角，其最小的光線偏向角約為138°。並且，在一定範圍內的入射光線的偏向角趨向集中於138°附近，其他的則分散分布於大於 138°的範圍。光偏向角集中於 138°附近的那部分光線以視角約為 42°的方向進入觀察者的眼中，這就是所謂的虹。

 

「霓」的產生

 

「霓」是光線經過折射、兩次反射、再折射離開水球後形成的。由幾何關係，可得出其光線偏向角為: 360° + 2α－6β－180°= 180° + 2α－6β 與水平方向所成銳角為: 360°+ 2α－6β，這就是所謂霓的視角。

霓的光路圖

由於「霓」的形成是由於光線在水球內多反射一次，其傳播路徑也有增加，所以「霓」的亮度和鮮豔度不及「虹」。雖然「雙彩虹」已經是奇觀，但是，自然界還出現過「三虹」、「四虹」等奇景，如果想看到這樣的景色，估計不僅得拼天時和地利，更得拼人品。

 

好啦，關於霓虹的物理學知識就先介紹到這裡。關於高考，我們已經屬於吃瓜群眾啦，還是欣賞彩虹，養足精神，好好準備期末考試~

參考文獻：

[1]譚少軒.霓虹現象的物理本質研究[J].西安文理學院學報：自然科學版,2011,14(4):50-54.

[2]劉燕鳴,劉彥明.虹與霓產生的原理分析[J].物理教學探討,2008,26(7):5-7.

中國科學院大學學生會出品

編輯：林淵

特別感謝劉凱寶、李明同學