彩虹是怎么出来的物理研究性论文

彩虹是气象中的一种光学现象。当阳光照射到半空中的雨点，光线被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光谱。彩虹的七彩颜色究竟是哪七种有不同的说法，中国最普遍的说法是（从外至内）：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。西方的说法是：红、橙、黄、绿、蓝、靛 (Indigo)、紫，源于科学家牛顿分解七原色后取的名字。 其实只要有空气中有水滴，而阳光正在观察者的背后以低角度照射，便可能产生可以观察到的彩虹现象。彩虹最常在下午，雨后刚转天晴时出现。这时空气内尘埃少而充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗。而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容易被看到。另一个经常可见到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷洒水雾，亦可以人工制造彩虹。 晚虹是一种罕见的现象，在月光强烈的晚上可能出现。由于人类视觉在晚间低光线的情况下难以分办颜色，故此晚虹看起来好像是全白色。 原理 造成彩虹的光学原理彩虹是因为阳光射到空中接近圆型的小水滴，造成色散及反射而成。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射。当中以40至42度的反射最为强烈，造成我们所见到的彩虹。造成这种反射时，阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次。因为水对光有色散的作用，不同波长的光的折射率有所不同，蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来，红光在最上方，其他颜色在下。 双重彩虹，上方为霓，下方为虹很多时候会见到两条彩虹同时出现，在平常的彩虹外边出现同心，但较暗的副虹(又称霓)。副虹是阳光在水滴中经两次反射而成。两次反射最强烈的反射角出现在50°至53°，所以副虹位置在主虹之外。因为有两次的反射，副虹的颜色次序跟主虹反转，外侧为蓝色，内侧为红色。副虹其实一定跟随主虹存在，只是因为它的光线强度较低，所以有时不被肉眼察觉而已（参看)。 彩虹其实并非出现在半空中的特定位置。它是观察者看见的一种光学现象，彩虹看起来的所在位置，会随著观察者而改变。当观察者看到彩虹时，它的位置必定是在太阳的相反方向。彩虹的拱以内的中央，其实是被水滴反射，放大了的太阳影像。所以彩虹以内的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置，刚好是观察者头部影子的方向，虹的本身则在观察者头部的影子与眼睛一线以上40°至42°的位置。因此当太阳在空中高于42度时，彩虹的位置将在地平线以下而不可见。这亦是为甚么彩虹很少在中午出现的原因。 彩虹由一端至另一端，横跨84°。以一般的35mm照相机，需要焦距为19mm以下的广角镜头才可以用单格把整条彩虹拍下。倘若在飞机上，会看见彩虹会是完整的圆形而不是拱形，而圆形彩虹的正中心则是飞机行进的方向。 1307年时欧洲已有人提出彩虹是由水滴对阳光的折射及反射而造成。笛卡尔在1637年发现水滴的大小不会影响光线的折射。他以玻璃球注入水来进行实验，得出水对光的折射指数，用数学证明彩虹的主虹是水点内的反射造成，而副虹则是两次反射造成。他准确计算出彩虹的角度，但未能解释彩虹的七彩颜色。 后来牛顿以玻璃菱镜展示把太阳光散射成彩色之后，关于彩虹的形成的光学原理全部被发现。

彩虹是因为阳光射到空中接近球形的小水滴，造成色散及反射而成。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射。当中以40至42度的反射最为强烈，造成我们所见到的彩虹。

造成这种反射时，阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次，总共经过一次反射两次折射。因为水对光有色散的作用，不同波长的光的折射率有所不同，红光的折射率比蓝光小，而蓝光的偏向角度比红光大。

由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来，红光在最上方，其他颜色在下。因此，彩虹和霓虹的高度不一样，颜色的层递顺序也正好反过来。彩虹意旨光线经过两次折射一次反射，霓虹则是光线经过两次折射两次反射。

扩展资料：

当彩虹出现在水面的物体上时，来自不同光路互补的两个镜弧可能分别出现在水面上和水面下。它们的名称略有不同，如果水面是平静的，被反射虹将呈现镜像出现在水面的地平线下方。阳光在抵达观测者之前首先受到雨滴的偏折，然后经过水面的反射。被反射虹，至少是一部分，经常可见，甚至在小水坑都可见。

当阳光在抵达雨滴前先被水面反射，它可能生成反射虹，如果水面够大，整个表面也是平静的，并靠近雨幕，反射虹便可能出现在地平线之上。它与正常的彩虹交会在地平线处，并且它的弧会在天空的较高处，因为它的中心在地平线之上，而正常彩虹的中心在地平线之下。由于需要上述条件的配合，反射虹是很罕见的。

如果反射的弧再被反射，并且霓反射弧和他的反射弧同时都出现，同时出现6条（或是8条）彩带也是可能的。

参考资料：百度百科 彩虹

彩虹是气象中的一种光学现象.当阳光照射到半空中的雨点,光线被折射及反射,在天空上形成拱形的七彩的光谱.彩虹的七彩颜色究竟是哪七种有不同的说法,中国最普遍的说法是（从外至内）：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫.西方的说法是：红、橙、黄、绿、蓝、靛 (Indigo)、紫,源于科学家牛顿分解七原色后取的名字. 其实只要有空气中有水滴,而阳光正在观察者的背后以低角度照射,便可能产生可以观察到的彩虹现象.彩虹最常在下午,雨后刚转天晴时出现.这时空气内尘埃少而充满小水滴,天空的一边因为仍有雨云而较暗.而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光,这样彩虹便会较容易被看到.另一个经常可见到彩虹的地方是瀑布附近.在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷洒水雾,亦可以人工制造彩虹. 晚虹是一种罕见的现象,在月光强烈的晚上可能出现.由于人类视觉在晚间低光线的情况下难以分办颜色,故此晚虹看起来好像是全白色. 原理 造成彩虹的光学原理彩虹是因为阳光射到空中接近圆型的小水滴,造成色散及反射而成.阳光射入水滴时会同时以不同角度入射,在水滴内亦以不同的角度反射.当中以40至42度的反射最为强烈,造成我们所见到的彩虹.造成这种反射时,阳光进入水滴,先折射一次,然后在水滴的背面反射,最后离开水滴时再折射一次.因为水对光有色散的作用,不同波长的光的折射率有所不同,蓝光的折射角度比红光大.由于光在水滴内被反射,所以观察者看见的光谱是倒过来,红光在最上方,其他颜色在下. 双重彩虹,上方为霓,下方为虹很多时候会见到两条彩虹同时出现,在平常的彩虹外边出现同心,但较暗的副虹(又称霓).副虹是阳光在水滴中经两次反射而成.两次反射最强烈的反射角出现在50°至53°,所以副虹位置在主虹之外.因为有两次的反射,副虹的颜色次序跟主虹反转,外侧为蓝色,内侧为红色.副虹其实一定跟随主虹存在,只是因为它的光线强度较低,所以有时不被肉眼察觉而已（参看). 彩虹其实并非出现在半空中的特定位置.它是观察者看见的一种光学现象,彩虹看起来的所在位置,会随著观察者而改变.当观察者看到彩虹时,它的位置必定是在太阳的相反方向.彩虹的拱以内的中央,其实是被水滴反射,放大了的太阳影像.所以彩虹以内的天空比彩虹以外的要亮.彩虹拱形的正中心位置,刚好是观察者头部影子的方向,虹的本身则在观察者头部的影子与眼睛一线以上40°至42°的位置.因此当太阳在空中高于42度时,彩虹的位置将在地平线以下而不可见.这亦是为甚么彩虹很少在中午出现的原因. 彩虹由一端至另一端,横跨84°.以一般的35mm照相机,需要焦距为19mm以下的广角镜头才可以用单格把整条彩虹拍下.倘若在飞机上,会看见彩虹会是完整的圆形而不是拱形,而圆形彩虹的正中心则是飞机行进的方向. 1307年时欧洲已有人提出彩虹是由水滴对阳光的折射及反射而造成.笛卡尔在1637年发现水滴的大小不会影响光线的折射.他以玻璃球注入水来进行实验,得出水对光的折射指数,用数学证明彩虹的主虹是水点内的反射造成,而副虹则是两次反射造成.他准确计算出彩虹的角度,但未能解释彩虹的七彩颜色. 后来牛顿以玻璃菱镜展示把太阳光散射成彩色之后,关于彩虹的形成的光学原理全部被发现.

作者 纪云      彩虹是怎么形成的？我们的常识是阳光照射在无数的水滴上折射并反射后形成了七色彩虹，在所有的认识彩虹形成的文章和视频中也是这样的分析思路，用物理光学知识解释水滴对光学的折射产生彩虹。（见下面他们画的光路图）      我认为这个分析解释就是个臆造逻辑，这不是彩虹（或日晕）形成的究竟！我可以问： 1、当无以计数的纷乱水分子都产生这样的反射和折射时，它是怎么形成了巨大宽度的圆弧彩虹？又当我们看到“神奇”的日晕（很多人把它称为佛光）时，还是水分子再折射吗？！2、上面那样画光在水滴里的光路图，水滴答应吗？（哈哈）光进入水滴后会发生第一次折射，应该继续穿透水滴发生第二次折射，继续往前画折射的光路图，凭什么光在水滴内只是被反射回来，然后又再折射穿出水滴？ 3、你见过三棱镜光折射实验里，七色光谱是反射后发生的吗？（见下面三棱镜的实验光谱） 4、在看到彩虹的时候，你真的看到水滴了吗？如果看不到水滴，为什么要画水滴的光路图呢？       先来看看有几种自然或人为情况产生的彩虹现象，我们经常可以在瀑布、各种浇灌喷水、景观喷泉的环境里看到彩虹。这些下落的水滴或被喷射出来水都有一定的势能或动能，根据能量守恒定律，能量既不可以创生也不可以消灭，带有能量的下落水滴或喷射出的水滴，在运动中会不断分裂出更小水滴（或分子状水雾），这些小的雾（水）滴依然带有它自己的能量，同时阳光的照射也会赋予极其细小的雾气水分子热膨胀的能量（可以用物理学中的标量来描述它，即有大小没有方向力），水雾环境所形成的状态是一个同密度、有一致性、有稳定性、是包围的能量场状态，即形成了一个密度场，且在一段时间内的一个定常场。这时形成的环境也就如同一个完整的透明玻璃球体（在地面以上部分实际是个半球体）。这个玻璃体就像三棱镜叠加排列的圆，阳光（复色光）透过这个玻璃体时产生折射，我们就会看到环形七彩的彩虹现象。所以它是环境“场”整体对阳光产生了两次折射，而不是每个水滴的折射+反射+折射。本质是水汽（气）形成的一个定常场产生的整体折射作用后产生出的彩虹。       在大雨之后为什么有时会产生彩虹呢？通常降雨面积不是特别大时且雨停后，局地开始放晴，之前降雨时雨水下落时水滴的势能部分转化分裂出具有能量的细小水汽分子，就产生了相对巨大水雾能量场，在自然状态下，这个无矢量的场就会形成一球状的场，但地面上为半球状能量场，这个半球的“玻璃体”折射的阳光，就出现了半圆形彩虹。            那日晕又是怎么形成的呢？一般是晴朗天空下，高空中形成了一个球形气场，这个气场的空气分子密度一般低于形成彩虹的水汽分子形成的气场（密度场），当气场密度越高时，对自然光的分解折射水平越高，还有这个气场“玻璃体”的介质就是水汽分子或空气分子，分解折射的层级清晰与它们的透明度也相关。形成的气场（汽场）能量越高，也表明密集的程度越强，密度高且透明度高，你看到的七彩分层越清晰。而空气气场的透明度相对低的时候，只对自然光产生了折射却少了分解，你就只看到复合光的光环。（下面照片都是我自己拍到的部分彩虹和日晕现象。我的照片中对日晕的现象也有比较，拉萨的那张与其它的比较，说明了拉萨环境气场透明度高的作用。）      他们都是在拿水滴对光线的折射做为形成彩虹本质来认识，那结论就是：有水滴，有阳光，有你自己适合的观察角度就可以看到彩虹。如果是这样我们就可以做实验，用一个透明的玻璃箱里面让它充满水蒸汽，你看可以看到彩虹吗？一定不会有彩虹产生。所以并不是有水滴（况且空气中根本就没有水滴）和阳光就会产生彩虹。       解释彩虹形成早已有了人们知道的常识，是水滴折射。那为什么不容易认识我提到的形成彩虹的本质是场的折射，的确感受到场的存在，不是每个人都会发现的，它是需要一些开放的探索精神。解释彩虹的形成实际要运用物理学的场论概念，物理学中把某个物理量在空间一个区域内的分布称为场，如温度场、密度场、电场、磁场等，如果形成场的物理量只随空间位置变化，不随时间变化，这样的场就称为定常场。当雨后放晴、瀑布环境等，形成了一个气（汽）分子的相对时间内一个恒态的密度场。而这个场就似一个巨大的玻璃球（彩虹形成时是半球，日晕形成时是圆球形）。这就是彩虹形成机理的根本，这也许就是为物理学的进一步探索完善增加了一块垫脚石。 （供参考的物质折射率比较：水1.33、水晶1.55、金刚石2.42、玻璃按成分1.5～1.9） （物理学中场可以分为标量场、矢量场和张量场三种，有密度场、温度场、引力场、电场、磁场等。依据场在时空中每一点的值是标量、矢量还是张量而定。我所描述形成汽场（气场）更符合张量场的定义。张量场：假如一个空间中的每一点的属性都可以以一个张量来代表的话，那么这个场就是一个张量场。） （本文题头照片源自网络，以下照片均为本人拍摄和拍摄的本人）由于条件所限，我做了一个简单的实验来证明我的看法。玻璃球=“场”；光源=“太阳”；投影的光圈=“光晕”。写这篇文章的时候，基本所有人都会说：你这就是缺少科学认识的偏见！悟到真理，不是现有知识的给予，这一定就是明天的真相！