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中学生物理小常识:空中虹霓

发布时间:2016-05-31 来源:新东方在线 发布人:tusya

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夏季雨后,在对着太阳那边的天空,常会出现彩色圆弧,伴有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。这种圆弧常出现两个,其中红色在外、紫色在内颜色鲜艳的叫“虹”,另一个紫色在外、红色在内颜色较淡的叫“霓”,人们称这种美丽的自然现象为虹霓。

自古以来就有许多解释虹霞的神话。它是怎样形成的。为什么有如此美丽的颜色?为什么虹的颜色比霓的鲜艳?为什么虹是红色在外、紫色在内,而霓则相反,等等。

我国早在殷代甲骨文里就有了虹的记载,当时把虹字形象地写成“=”。到了唐代,对虹有了比较科学的解释。唐初孔颖达(574一648)在《礼记注疏·月令》中写道:“若云薄漏日,日照雨漏则虹生。”这里已粗略地揭示了虹的成因。在欧洲,英国科学家罗吉尔·培根(1214~1292)最早指出虹霓是由太阳光照射空中的雨滴,发生反射和折射现象而形成的。牛顿(1642~1727)根据他发现的光的色散现象,首先解释了虹霓美丽色彩的成因。从而人们知道,雨后,空中悬浮着一些小水滴,太阳光以一定的角度射入水滴并在水滴内发生折射和反射,然后再从水滴中射出,进入眼睛,我们就看到了虹霓。由于水滴对波长不同的各单色光的折射率不同,于是太阳光在水滴中折射时,发生色散现象。紫光偏折最厉害,红光偏折最小,其他颜色的光夹在这两者之间。色散后的各单色光在水滴内表面上反射,再从水滴折射到空气中,就形成了彩色条带。虹霓的美丽色彩可以说是太阳可见光谱的自然体现。


中学生物理小常识:空中虹霓


为什么虹比霓的颜色鲜艳,而且彩色排列的秩序相反呢?这是因为,虹是射在水滴上部的太阳光,经折射后,在水滴内表面上反射一次,再折射出水滴而形成的,如图4-10所示;而霓则是由射入水滴下半部的太阳光,在水滴内折射后,在其内表面经两次反射,再折射出水滴形成的,如图4-11所示。所以两者红光和紫光上下排列的次序相反。正是因为形成霓的光线在水滴内反射的次数较形成虹的光线在水滴内反射的次数多,能量损失大,所以霓的色彩较虹的暗淡。


中学生物理小常识:空中虹霓


虹霓的形状和颜色在物理上得到了解释,但它们还隐藏了人的肉眼看不见的秘密,这就是虹霓的偏振现象。如果用偏振片或尼科耳作为检偏器观察虹霓,会发现当检偏器转到一定的方向时,虹霓的一部分便隐去了,这证明虹霓是部分偏振光,经计算还可发现虹霓的偏振度很高,近乎是线偏振光。


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