事業(yè)單位公共基礎(chǔ)知識(shí)之科技常識(shí)：彩虹的原理
最先解釋了彩虹發(fā)生的基本原理的是笛卡兒和牛頓。笛卡兒提到了光的折射，他認(rèn)為：入射角的正弦值和折射角的正弦值之比，是一個(gè)定值，且和入射角的大小無(wú)關(guān)。而對(duì)于彩虹的原理來(lái)說(shuō)，我們考試的時(shí)候一般選擇為折射原理，但是實(shí)際上彩虹的原理相對(duì)來(lái)說(shuō)是較為復(fù)雜的。牛頓提到了光的色散，他發(fā)現(xiàn)無(wú)色的太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡后，出現(xiàn)從紅到紫連續(xù)變化的光的彩帶現(xiàn)象。因此我們的彩虹也是七種顏色。分別是紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。陽(yáng)光射入水滴時(shí)會(huì)同時(shí)以不同角度入射，在水滴內(nèi)亦以不同的角度反射。當(dāng)中以40至42度的反射最為強(qiáng)烈，造成我們所見(jiàn)到的彩虹。
下面簡(jiǎn)單的闡述一下彩虹的原理，當(dāng)太陽(yáng)光照到水滴上時(shí)，光在水滴表面會(huì)發(fā)生折射，進(jìn)入水滴內(nèi)。該光線在水滴內(nèi)壁會(huì)經(jīng)過(guò)一次反射后，又一次在水滴表面折射而穿出水滴之外。因此其實(shí)彩虹會(huì)經(jīng)過(guò)兩次折射一次反射。當(dāng)然不同頻率的光的折射角度會(huì)有所不同，因此射到外面的光會(huì)成不同顏色，根據(jù)顏色的不同，在某些特定的角度上強(qiáng)度增大。這個(gè)角度，對(duì)紅光來(lái)說(shuō)約為42°，對(duì)紫光來(lái)說(shuō)約為40°。因此我們看到的光會(huì)紅光在前，紫光在后。這就是通常我們稱之為彩虹的明亮彩帶形成的原理。這叫主虹。同時(shí)，主虹外側(cè)還有一條較模糊的、顏色順序和主虹正好相反的虹，這叫副虹(又稱為霓)。副虹是經(jīng)過(guò)了兩次反射兩次折射形成。由于兩次反射因此和主虹顏色排序剛好相反。副虹由于形成原理復(fù)雜于主虹，因此對(duì)應(yīng)的角度也會(huì)大于主虹，紅光約為51°，紫光約為53°。
彩虹最常在下午，雨后剛轉(zhuǎn)天晴時(shí)出現(xiàn)，這時(shí)空氣內(nèi)塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因?yàn)槿杂杏暝贫^暗，而觀察者頭上或背后已沒(méi)有云的遮擋而可見(jiàn)陽(yáng)光，這樣彩虹便會(huì)較容易被看到。另一個(gè)經(jīng)常可見(jiàn)到彩虹的地方是瀑布附近，在晴朗的天氣下背對(duì)陽(yáng)光在空中灑水或噴灑水霧，亦可以制造人工彩虹。夏天多下陣雨，因此一般說(shuō)來(lái)，只有在夏天才會(huì)有彩虹。
【例題】(單選題)彩虹是太陽(yáng)光照射到空氣中的水滴時(shí)，光線被折射及反射，在天空中形成的拱形七彩光譜。下列關(guān)于彩虹的說(shuō)法正確的是：（ ）
A.冬天不易出現(xiàn)彩虹
B.水滴越大，彩虹越不明顯
C.彩虹上的藍(lán)光總在紅光上方
D.彩虹的明顯程度與陽(yáng)光強(qiáng)度無(wú)關(guān)
【答案】A【解析】A項(xiàng)，一般冬天的氣溫較低，在空中不容易存在小水滴，所以冬天一般不容易有彩虹出現(xiàn)。故A項(xiàng)正確，當(dāng)選。B項(xiàng)，在陽(yáng)光強(qiáng)度一定的條件下，彩虹的明顯程度，取決于空氣中小水滴的大小。小水滴體積越大，形成的彩虹越鮮亮，小水滴體積越小，形成的彩虹就不明顯。故B項(xiàng)錯(cuò)誤，排除。C項(xiàng)，水對(duì)陽(yáng)光有色散作用，不同波長(zhǎng)的光的折射率有所不同。因?yàn)樗{(lán)光的折射率比紅光大，致使藍(lán)光的偏折程度大。所以紅光在最上方，其它顏色在下。故C項(xiàng)錯(cuò)誤，排除。D項(xiàng)，彩虹的明顯程度與陽(yáng)光強(qiáng)度有關(guān)，陽(yáng)光強(qiáng)時(shí)，彩虹明顯程度高，容易被觀察到。陽(yáng)光弱時(shí)，彩虹明顯程度低，不易被觀察到。故D項(xiàng)錯(cuò)誤，排除。故本題答案為A項(xiàng)。
考點(diǎn)點(diǎn)撥：平常我們考試常見(jiàn)的是考彩虹的原理。其中虹和霓形成的原理各有不同，顏色相反，需要我們特別注意。
