物理光學(xué)-雙彩虹現(xiàn)象

1、雙彩虹現(xiàn)象雙彩虹現(xiàn)象目錄目錄一、雙彩虹現(xiàn)象的成因一、雙彩虹現(xiàn)象的成因二、雙彩虹現(xiàn)象的觀察二、雙彩虹現(xiàn)象的觀察三、雙彩虹現(xiàn)象的特征三、雙彩虹現(xiàn)象的特征彩虹現(xiàn)象的成因彩虹現(xiàn)象的成因彩虹是一種自然的色散彩虹是一種自然的色散現(xiàn)象，是白光經(jīng)過水滴現(xiàn)象，是白光經(jīng)過水滴發(fā)生折射和反射后，由發(fā)生折射和反射后，由于水滴對(duì)各色光的折射于水滴對(duì)各色光的折射率不同，而使白光發(fā)生率不同，而使白光發(fā)生色散的現(xiàn)象。色散的現(xiàn)象。光的色散光的色散介質(zhì)折射率隨光頻率（波長(zhǎng)）變化的現(xiàn)象稱為介質(zhì)折射率隨光頻率（波長(zhǎng)）變化的現(xiàn)象稱為色色散散。通常情況下，介質(zhì)的折射率是隨波長(zhǎng)的增加而減通常情況下，介質(zhì)的折射率是隨波長(zhǎng)的增加而減小的，這種

2、色散稱為小的，這種色散稱為正常色散正常色散。描述介質(zhì)正常色散的經(jīng)驗(yàn)公式描述介質(zhì)正常色散的經(jīng)驗(yàn)公式-柯西公式柯西公式24BCnA 光的色散光的色散 222022222001+2Nenm 阻尼系數(shù)阻尼系數(shù) 較小較小 遠(yuǎn)離固有振動(dòng)頻率遠(yuǎn)離固有振動(dòng)頻率0 2222200011+121Neanm 22002Neam 光的色散光的色散進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開得到進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開得到2422240001111ana 24240024221+ccnaaaBCA 雙彩虹現(xiàn)象的成因雙彩虹現(xiàn)象的成因雙彩虹是光線在水滴內(nèi)進(jìn)雙彩虹是光線在水滴內(nèi)進(jìn)行兩次反射后形成的特殊行兩次反射后形成的特殊現(xiàn)象，在原彩虹的外圍出現(xiàn)象，在原彩虹的

3、外圍出現(xiàn)一條直徑稍大、顏色反現(xiàn)一條直徑稍大、顏色反轉(zhuǎn)的同心彩虹，內(nèi)層彩虹轉(zhuǎn)的同心彩虹，內(nèi)層彩虹稱為主虹，外側(cè)為紅色，稱為主虹，外側(cè)為紅色，內(nèi)側(cè)為藍(lán)色，顏色較亮；內(nèi)側(cè)為藍(lán)色，顏色較亮；外層彩虹稱為副虹（霓）外層彩虹稱為副虹（霓），外側(cè)為藍(lán)色，內(nèi)側(cè)為紅，外側(cè)為藍(lán)色，內(nèi)側(cè)為紅色，顏色較暗色，顏色較暗,不易觀察。不易觀察。雙彩虹現(xiàn)象的成因雙彩虹現(xiàn)象的成因主虹的成因主虹的成因假設(shè)圓球是水滴，光從上方射入，由于光的色散假設(shè)圓球是水滴，光從上方射入，由于光的色散，紫光和紅光折射率不同，出現(xiàn)分離，紫光和紅光折射率不同，出現(xiàn)分離， 紫在內(nèi)，紫在內(nèi)，紅在外紅在外 。出射后進(jìn)入人眼，紅在上，紫在下。出射后進(jìn)入人眼，

4、紅在上，紫在下。雙彩虹現(xiàn)象的成因雙彩虹現(xiàn)象的成因副虹的成因副虹的成因光從下側(cè)射入，一樣的道理，但是發(fā)生兩次反射光從下側(cè)射入，一樣的道理，但是發(fā)生兩次反射，吸收的更嚴(yán)重，不容易被發(fā)現(xiàn)，紫在外，紅在，吸收的更嚴(yán)重，不容易被發(fā)現(xiàn)，紫在外，紅在內(nèi)。出射后進(jìn)入人眼，紅在下，紫在上。內(nèi)。出射后進(jìn)入人眼，紅在下，紫在上。雙彩虹現(xiàn)象的特征雙彩虹顏色順序雙彩虹顏色順序主主虹在下，顏色明亮，從上至下為紅到紫虹在下，顏色明亮，從上至下為紅到紫副虹在上，顏色較淡，從上至下位紫到紅副虹在上，顏色較淡，從上至下位紫到紅雙彩虹現(xiàn)象的角度關(guān)系雙彩虹現(xiàn)象的角度關(guān)系具有不同入射角的某頻具有不同入射角的某頻率光線，出射光線會(huì)在率光

5、線，出射光線會(huì)在某個(gè)特定的方向上強(qiáng)度某個(gè)特定的方向上強(qiáng)度最大，即出射光線與入最大，即出射光線與入射光線之間的夾角最小射光線之間的夾角最小的時(shí)候稱為最小偏向角的時(shí)候稱為最小偏向角。不同頻率的光偏向角。不同頻率的光偏向角不同，由紅到紫，隨著不同，由紅到紫，隨著頻率的增大偏向角在增頻率的增大偏向角在增大。大。雙彩虹角度關(guān)系雙彩虹角度關(guān)系ri 42 ir24 042didrdidrnisinsin didrrnicoscos 34arcsin2ni2234arcsinnnr偏向角為由幾何關(guān)系得雙彩虹角度關(guān)系雙彩虹角度關(guān)系同理可得同理可得89arcsin2ni2289arcsinnnrri62 雙彩虹角

6、度關(guān)系雙彩虹角度關(guān)系水對(duì)紫光和紅光的折射率為水對(duì)紫光和紅光的折射率為n紫紫=1.344 n紅紅=1.329主虹：主虹：紫紫=40.50 紅紅=42.68 副虹：副虹：紅紅=49.86 紫紫=53.77雙彩虹現(xiàn)象的觀察條件雙彩虹現(xiàn)象的觀察條件彩虹的明暗和寬度由空氣里水滴的大小決定彩虹的明暗和寬度由空氣里水滴的大小決定雨滴越大，彩虹帶越窄，色彩越鮮明雨滴越大，彩虹帶越窄，色彩越鮮明雨滴越小，彩虹帶越寬，色彩越黯淡雨滴越小，彩虹帶越寬，色彩越黯淡當(dāng)雨滴小到一定程度時(shí)，分光和反射不明顯，彩虹消失。當(dāng)雨滴小到一定程度時(shí)，分光和反射不明顯，彩虹消失。對(duì)光線和空氣中的水滴含量有要求對(duì)光線和空氣中的水滴含量有

7、要求雨過天晴，空氣中塵埃少而充滿水滴，日光從觀察者背后雨過天晴，空氣中塵埃少而充滿水滴，日光從觀察者背后以小角度照射水滴，天空的一邊因有云遮擋而較暗，這樣以小角度照射水滴，天空的一邊因有云遮擋而較暗，這樣便會(huì)較容易觀察到彩虹；便會(huì)較容易觀察到彩虹；光的色散引發(fā)的自然現(xiàn)象光的色散引發(fā)的自然現(xiàn)象光的色散引發(fā)的自然現(xiàn)象暈暈出現(xiàn)在太陽或月亮周圍的彩出現(xiàn)在太陽或月亮周圍的彩色光環(huán)。分布高空中的云層色光環(huán)。分布高空中的云層里夾雜著許多小六梭形冰晶里夾雜著許多小六梭形冰晶,這些小冰晶類似許多小棱這些小冰晶類似許多小棱鏡鏡,若恰好環(huán)繞太陽或月亮若恰好環(huán)繞太陽或月亮形成密集分布時(shí)形成密集分布時(shí),當(dāng)受太陽當(dāng)受太陽

8、或月亮光線照射時(shí)或月亮光線照射時(shí),發(fā)生色發(fā)生色散便形成暈。內(nèi)紅外紫的暈散便形成暈。內(nèi)紅外紫的暈環(huán)。環(huán)。光的色散引發(fā)的自然現(xiàn)象光的色散引發(fā)的自然現(xiàn)象華華發(fā)生在高空的云層上緊貼發(fā)生在高空的云層上緊貼日、月周圍的彩色光環(huán)日、月周圍的彩色光環(huán),它是由于日、月光線通過它是由于日、月光線通過夾雜在云層中的徽小水珠夾雜在云層中的徽小水珠或細(xì)小冰晶產(chǎn)生衍射而形或細(xì)小冰晶產(chǎn)生衍射而形成的。小水珠或冰晶越細(xì)成的。小水珠或冰晶越細(xì)小小,華環(huán)則越大。其色序華環(huán)則越大。其色序排列為內(nèi)紫外紅排列為內(nèi)紫外紅,它們常它們常常出現(xiàn)在甚高空的卷積云常出現(xiàn)在甚高空的卷積云,卷云或?qū)臃e云上。卷云或?qū)臃e云上。光的色散引發(fā)的自然現(xiàn)象光的色散引發(fā)的自然現(xiàn)象假日假日天空同時(shí)出現(xiàn)三個(gè)太陽天空同時(shí)出現(xiàn)三個(gè)太陽的一種奇異的現(xiàn)象。在的一種奇異的現(xiàn)象。在天空出現(xiàn)的半透明的薄天空出現(xiàn)的半透明的薄云里面云里面,垂直地懸浮著許垂直地懸浮著許多細(xì)小的正六角形冰柱多細(xì)小的