2021年國考行測常識速記之彩虹原理和變化

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彩虹，又稱天弓(客家話)、天虹、絳等，簡稱虹，是氣象中的一種光學(xué)現(xiàn)象，當(dāng)太陽光照射到半空中的水滴，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光譜，由外圈至內(nèi)圈呈紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫 七種顏色。事實(shí)上彩虹有無數(shù)種顏色，比如，在紅色和橙色之間還有許多種細(xì)微差別的顏色，但為了簡便起見，所以只用七種顏色作為區(qū)別。

一、簡介

彩虹，其實(shí)只要空氣中有水滴，而陽光正在觀察者的背后以低角度照射，便可能產(chǎn)生可以觀察到的彩虹現(xiàn)象，彩虹最常在下午，雨后剛轉(zhuǎn)天晴時出現(xiàn)，這時空氣內(nèi)塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因?yàn)槿杂杏暝贫�較暗，而觀察者頭上或背后已沒有云的遮擋而可見陽光，這樣彩虹便會較容易被看到。另一個經(jīng)常可見到彩虹的地方是瀑布附近，在晴朗的天氣下背對陽光在空中灑水或噴灑水霧，亦可以制造人工彩虹。

月虹，又稱晚虹，是一種非常罕見的現(xiàn)象，在月光強(qiáng)烈的晚上可能出現(xiàn)，由于人類視覺在晚間低光線的情況下難以分辨顏色，故此晚虹看起來好像是全白色。

二、原理

彩虹是因?yàn)殛柟馍涞娇罩薪咏�球形的小水滴，造成色散及反射而成。陽光射入水滴時會同時以不同角度入射，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，造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時，陽光進(jìn)入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后離開水滴時再折射一次，總共經(jīng)過一次反射兩次折射。因?yàn)樗畬�光有色散的作用，不同波長的光的折射率有所不同，紅光的折射率比藍(lán)光小，而藍(lán)光的偏向角度比紅光大。由于光在水滴內(nèi)被反射，所以觀察者看見的光譜是倒過來，紅光在最上方，其他顏色在下。因此，彩虹和霓虹的高度不一樣，顏色的層遞順序也正好反過來。彩虹意旨光線經(jīng)過兩次折射一次反射，霓虹則是光線經(jīng)過兩次折射兩次反射。

三、變化

1.多重彩虹

大多數(shù)人因?yàn)闆]有積極的去觀察而不會注意到霓，霓是經(jīng)常出現(xiàn)在主虹外側(cè)昏暗的第二道彩虹。霓是陽光經(jīng)由雨滴內(nèi)兩次反射和兩次折射產(chǎn)生的，出線的角度在50–53°。兩次反射的結(jié)果，使得霓的色彩排列和虹的弧相反，藍(lán)色在外而紅色在內(nèi)。霓比虹暗弱，因?yàn)閮纱畏瓷洳粌H使得更多的光線逃逸掉，散布的區(qū)域也更為寬廣。在虹與霓之間未被照亮的天空，因?yàn)槭莵啔v山大最先描述的，所以被命名為亞歷山大帶。

更暗的第三道虹，甚至第四道虹，都曾經(jīng)被拍攝過。這些是陽光在雨滴內(nèi)經(jīng)過三次或四次反射造成的。這些虹都出現(xiàn)在與太陽同一側(cè)的天空，第三道和太陽相距約40°，第四道則約為45°。因?yàn)殛柟獾年P(guān)系，用肉眼很難看見。

Felix Billet (1808–1882) 敘述過更高階的虹，他描繪出第19道虹的位置，并稱此種模式為"彩虹玫瑰"。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，使用更明亮的光線和準(zhǔn)直良好的激光，可以觀察到更高階的虹。據(jù)報吳等多人在1998年使用類似的方法，以氬離子激光光束達(dá)到200階的虹。

2.反射虹和被反射虹

當(dāng)彩虹出現(xiàn)在水面的物體上時，來自不同光路互補(bǔ)的兩個鏡弧可能分別出現(xiàn)在水面上和水面下。它們的名稱略有不同，如果水面是平靜的被反射虹將呈現(xiàn)鏡像出現(xiàn)在水面的地平線下方。陽光在抵達(dá)觀測者之前首先受到雨滴的偏折，然后經(jīng)過水面的反射。被反射虹，至少是一部分，經(jīng)�？梢�，甚至在小水坑都可見。

當(dāng)陽光在抵達(dá)雨滴前先被水面反射，它可能生成反射虹，如果水面夠大，整個表面也是平靜的，并靠近雨幕，反射虹便可能出現(xiàn)在地平線之上。它與正常的彩虹交會在地平線處，并且它的弧會在天空的較高處，因?yàn)樗�的中心在地平線之上，而正常彩虹的中心在地平線之下。由于需要上述條件的配合，反射虹是很罕見的。

如果反射的弧再被反射，并且霓反射弧和他的反射弧同時都出現(xiàn)，同時出現(xiàn)6條(或是8條)彩帶也是可能的。

3.全圓彩虹

全圓彩虹導(dǎo)因于雨滴對陽光的“內(nèi)反射”所造成的，因?yàn)橛甑魏涂諝獾恼凵渎什煌瑢?dǎo)致。

刷題鞏固

例題：彩虹是太陽光照射到空氣中的水滴時，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光強(qiáng)度無關(guān)

正確答案是A

解析

本題主要考查物理常識，涉及到彩虹相關(guān)知識。

A項(xiàng)正確，一般冬天的氣溫較低，在空中不容易存在小水滴，下陣雨的機(jī)會也少，所以冬天一般不容易有彩虹出現(xiàn)。

B項(xiàng)錯誤，在陽光強(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。

C項(xiàng)錯誤，水對陽光有色散作用，不同波長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。

D項(xiàng)錯誤，彩虹的明顯與否，一主要取決于在各色光的寬度上，寬度大就明顯，寬度小則各色光重疊不明顯;二與太陽光的強(qiáng)度有一定關(guān)系，因?yàn)樘�陽光�?qiáng)可以影響各色光的亮度。因此彩虹明顯度與太陽光強(qiáng)有關(guān)。

故正確答案為A。

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