物理光学-双彩虹现象

1、双彩虹现象双彩虹现象目录目录一、双彩虹现象的成因一、双彩虹现象的成因二、双彩虹现象的观察二、双彩虹现象的观察三、双彩虹现象的特征三、双彩虹现象的特征彩虹现象的成因彩虹现象的成因彩虹是一种自然的色散彩虹是一种自然的色散现象，是白光经过水滴现象，是白光经过水滴发生折射和反射后，由发生折射和反射后，由于水滴对各色光的折射于水滴对各色光的折射率不同，而使白光发生率不同，而使白光发生色散的现象。色散的现象。光的色散光的色散介质折射率随光频率（波长）变化的现象称为介质折射率随光频率（波长）变化的现象称为色色散散。通常情况下，介质的折射率是随波长的增加而减通常情况下，介质的折射率是随波长的增加而减小的，这种

2、色散称为小的，这种色散称为正常色散正常色散。描述介质正常色散的经验公式描述介质正常色散的经验公式-柯西公式柯西公式24BCnA 光的色散光的色散 222022222001+2Nenm 阻尼系数阻尼系数 较小较小 远离固有振动频率远离固有振动频率0 2222200011+121Neanm 22002Neam 光的色散光的色散进行泰勒级数展开得到进行泰勒级数展开得到2422240001111ana 24240024221+ccnaaaBCA 双彩虹现象的成因双彩虹现象的成因双彩虹是光线在水滴内进双彩虹是光线在水滴内进行两次反射后形成的特殊行两次反射后形成的特殊现象，在原彩虹的外围出现象，在原彩虹的

3、外围出现一条直径稍大、颜色反现一条直径稍大、颜色反转的同心彩虹，内层彩虹转的同心彩虹，内层彩虹称为主虹，外侧为红色，称为主虹，外侧为红色，内侧为蓝色，颜色较亮；内侧为蓝色，颜色较亮；外层彩虹称为副虹（霓）外层彩虹称为副虹（霓），外侧为蓝色，内侧为红，外侧为蓝色，内侧为红色，颜色较暗色，颜色较暗,不易观察。不易观察。双彩虹现象的成因双彩虹现象的成因主虹的成因主虹的成因假设圆球是水滴，光从上方射入，由于光的色散假设圆球是水滴，光从上方射入，由于光的色散，紫光和红光折射率不同，出现分离，紫光和红光折射率不同，出现分离， 紫在内，紫在内，红在外红在外 。出射后进入人眼，红在上，紫在下。出射后进入人眼，

4、红在上，紫在下。双彩虹现象的成因双彩虹现象的成因副虹的成因副虹的成因光从下侧射入，一样的道理，但是发生两次反射光从下侧射入，一样的道理，但是发生两次反射，吸收的更严重，不容易被发现，紫在外，红在，吸收的更严重，不容易被发现，紫在外，红在内。出射后进入人眼，红在下，紫在上。内。出射后进入人眼，红在下，紫在上。双彩虹现象的特征双彩虹颜色顺序双彩虹颜色顺序主主虹在下，颜色明亮，从上至下为红到紫虹在下，颜色明亮，从上至下为红到紫副虹在上，颜色较淡，从上至下位紫到红副虹在上，颜色较淡，从上至下位紫到红双彩虹现象的角度关系双彩虹现象的角度关系具有不同入射角的某频具有不同入射角的某频率光线，出射光线会在率光

5、线，出射光线会在某个特定的方向上强度某个特定的方向上强度最大，即出射光线与入最大，即出射光线与入射光线之间的夹角最小射光线之间的夹角最小的时候称为最小偏向角的时候称为最小偏向角。不同频率的光偏向角。不同频率的光偏向角不同，由红到紫，随着不同，由红到紫，随着频率的增大偏向角在增频率的增大偏向角在增大。大。双彩虹角度关系双彩虹角度关系ri 42 ir24 042didrdidrnisinsin didrrnicoscos 34arcsin2ni2234arcsinnnr偏向角为由几何关系得双彩虹角度关系双彩虹角度关系同理可得同理可得89arcsin2ni2289arcsinnnrri62 双彩虹角

6、度关系双彩虹角度关系水对紫光和红光的折射率为水对紫光和红光的折射率为n紫紫=1.344 n红红=1.329主虹：主虹：紫紫=40.50 红红=42.68 副虹：副虹：红红=49.86 紫紫=53.77双彩虹现象的观察条件双彩虹现象的观察条件彩虹的明暗和宽度由空气里水滴的大小决定彩虹的明暗和宽度由空气里水滴的大小决定雨滴越大，彩虹带越窄，色彩越鲜明雨滴越大，彩虹带越窄，色彩越鲜明雨滴越小，彩虹带越宽，色彩越黯淡雨滴越小，彩虹带越宽，色彩越黯淡当雨滴小到一定程度时，分光和反射不明显，彩虹消失。当雨滴小到一定程度时，分光和反射不明显，彩虹消失。对光线和空气中的水滴含量有要求对光线和空气中的水滴含量有

7、要求雨过天晴，空气中尘埃少而充满水滴，日光从观察者背后雨过天晴，空气中尘埃少而充满水滴，日光从观察者背后以小角度照射水滴，天空的一边因有云遮挡而较暗，这样以小角度照射水滴，天空的一边因有云遮挡而较暗，这样便会较容易观察到彩虹；便会较容易观察到彩虹；光的色散引发的自然现象光的色散引发的自然现象光的色散引发的自然现象晕晕出现在太阳或月亮周围的彩出现在太阳或月亮周围的彩色光环。分布高空中的云层色光环。分布高空中的云层里夹杂着许多小六梭形冰晶里夹杂着许多小六梭形冰晶,这些小冰晶类似许多小棱这些小冰晶类似许多小棱镜镜,若恰好环绕太阳或月亮若恰好环绕太阳或月亮形成密集分布时形成密集分布时,当受太阳当受太阳

8、或月亮光线照射时或月亮光线照射时,发生色发生色散便形成晕。内红外紫的晕散便形成晕。内红外紫的晕环。环。光的色散引发的自然现象光的色散引发的自然现象华华发生在高空的云层上紧贴发生在高空的云层上紧贴日、月周围的彩色光环日、月周围的彩色光环,它是由于日、月光线通过它是由于日、月光线通过夹杂在云层中的徽小水珠夹杂在云层中的徽小水珠或细小冰晶产生衍射而形或细小冰晶产生衍射而形成的。小水珠或冰晶越细成的。小水珠或冰晶越细小小,华环则越大。其色序华环则越大。其色序排列为内紫外红排列为内紫外红,它们常它们常常出现在甚高空的卷积云常出现在甚高空的卷积云,卷云或层积云上。卷云或层积云上。光的色散引发的自然现象光的色散引发的自然现象假日假日天空同时出现三个太阳天空同时出现三个太阳的一种奇异的现象。在的一种奇异的现象。在天空出现的半透明的薄天空出现的半透明的薄云里面云里面,垂直地悬浮着许垂直地悬浮着许多细小的正六角形冰柱多细小的