彩虹为啥是弯的，不是说光沿直线传播吗？

彩虹为啥是弯的，不是说光沿直线传播吗？

因为天是圆的？

降雨前后，当太阳高度比较低时，我们背对太阳，在雨幕背景的天空中，有时可以看到一条彩色的圆弧形光带，其视半径为42°，色彩排列为内紫外红，这种彩孤称为虹，有时在虹的外侧，还会出现一个与虹弧同心，视半径为52°，色彩较淡，排列顺序为内红外紫的圆孤形光带，称为霓（副虹）。 阳光是怎样通过水滴再到达观察者眼睛的呢？对于单色光来讲，光线达到水滴表面时，将会发生折射而进入水滴内部，如果水滴是球形的，光线又会达到水滴表面的另一面，并在水滴内表面上发生反射，反射后的光线从水滴另一处表面上再发生折射，进入大气，光线经过两次折射，一次反射，改变了原来传播方向，达到观察者眼中。 当光线入射角变化时，其偏向角将是不同的。一束平行光经过水滴以后，因为每条光线进入水滴时的入射角不同，出射光线是发散的。入射角大或入射角小都会形成较大的偏向角，只有对某一条入射光线，（某一入射角），偏向角达到最小数值，称为最小偏向角，在这个方向上的出射光，能量比较集中，出射光比较强，我们的眼睛只有在这个方向上才能看到明亮的色彩。虹就是具有最小偏向角的光线在空间的分布。 为什么我们看到的虹总是圆弧形的呢？因为太阳光是一束平行光，当光线射到雨幕上时，雨幕上每一个水滴都会改变入射阳光的方向，然而作为某一个观测者，他只能看到符合最小偏向角条件而射到眼中的光线。（如图9．8所示）所以我们看到的虹总是圆弧形的。 为什么虹的色彩分布是内紫外红的呢？因为水滴对不同颜色的光线有不同的折射率，所以各种色光通过水滴的折射和反射后，它们的最小偏向角也就各不相同，红光最小偏向角最小，形成的角半径最大，而紫光的最小偏向角最大，形成的角半径最小，对某个观测者来说，天空中的某个水滴，只能将一种色光送入他的眼中，其它色光则是从其它的水滴中送过来的。人眼看到的是通过雨幕中较高的水滴送来的红光和较低水滴送来的紫光。所以我们看到的彩虹的色彩排列是内紫外红的，虹的角半径从40°26'（紫光）到42°18'（红光），考虑到太阳的视直径为32'，虹的宽度为2°14'，通常称42° 为主虹。 当光线在水滴内经过两次反射, 两次折射后，形成霓。由于两次内反射，使光线的最小偏向角减小到128°左右，因此，霓的视半径为52°，宽度为3°28', 色彩排列为内红外紫，与主虹相反。由于在水滴表面，每经过一次反射，能量就会减弱一些，因此，霓的亮度比虹弱得多，以致在很多情况下不易发现

彩虹为什么总是弯曲的？ 　　 原因一：光的波长决定光的弯曲程度 　　事实上如果条件合适的话，可以看到整圈圆形的彩虹。彩虹的形成是太阳光射向空中的水珠经过折射→反射→折射 后射向我们的眼睛所形成。 不同颜色的太阳光束 经过上述过程形成彩虹的光束与原来光束的偏折角约 180 - 42 = 138度。也就是说，若太阳光与地面水平，则观看彩虹的仰角约为 42度。 　　想象你看着东边的彩虹，太阳在从背后的西边落下。白色的阳光（彩虹中所有颜色的组合）穿越了大气，向东通过了你的头顶，碰到了从暴风雨落下的水滴。当一道光束碰到了水滴，会有两种可能：一是光可能直接穿透过去，或者更有趣的是，它可能碰到水滴的前缘，在进入时水滴内部产生弯曲，接着从水滴后端反射回来，再从水滴前端离开，往我们这里折射出来。这就是形成彩虹的光。 　　光穿越水滴时弯曲的程度，端视光的波长（即颜色）而定——红色光的弯曲度最大，橙色光与黄色光次之，依此类推，弯曲最少的是紫色光。 　　每种颜色各有特定的弯曲角度，阳光中的红色光，折射的角度是42度，蓝色光的折射角度只有40度，所以每种颜色在天空中出现的位置都不同。 　　若你用一条假想线，连接你的后脑勺和太阳，那么与这条线呈42度夹角的地方，就是红色所在的位置。这些不同的位置勾勒出一个弧。既然蓝色与假想线只呈 40度夹角，所以彩虹上的蓝弧总是在红色的下面。 　　彩虹之所以为弧型这当然与其形成有着不可分割的关系，同样这也与地球的形状有很大的关系，由于地球表面为一曲面而且还被厚厚的大气所覆盖，在雨后空气中的水含量比平时高，当阳光照射入空气中的小水滴形成了折射，同时由于地球表面的大气层为一弧面从而导致了阳光在表面折射形成了我们所见到的弧形彩虹！ 　　原因二：与地球的形状有很大的关系 　　由于地球表面是一个曲面并且被厚厚的大气所覆盖，雨后空气中的水含量比平时高，当阳光照射入空气中的小水滴时就形成了折射。同时由于地球表面的大气层为一弧面从而导致了阳光在表面折射形成了我们所见到的弧形彩虹！

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