第十节有图 彩虹的形成的探究报告

第十节光的色散和人造彩虹

夏日，雨后初晴，阳光明媚。瞬间，天空中出现一道彩虹，它是一道横跨天空的七色彩带，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，宛如一座彩色的拱桥飞架天空。天空中为什么会出现五颜六色的彩虹呢？

一．彩虹形成的原因

雨后，天空中还悬浮着很多极小的水

滴，太阳光沿着一定角度射入这些小水滴

内，会产生两次折射和一次全反射，然后

从水滴射出来，于是，太阳光色散成紫色

在内，红色在外的七色彩带。其中红色光

与入射光线所成的角度约为42°，紫色

光所成的角度约为40°。

有的同学也许试过，背着太阳，口里

含一口水，将水向空中适当的方向喷出，就会在水珠中看到一道美丽的人造彩虹。实验室里我们也见到过，当太阳光通过三棱镜的时候，前景的方向会发生偏折，而且把原来的白色光线分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的光带。而下过雨后，有许多微小的水滴漂浮在空中，当阳光照射到小水滴上时会发生折射，分散成7种颜色的光。很多小水滴同时把阳光折射出来，再反射到我们的眼睛里，我们就会看到一条半圆形的彩虹。彩虹的色带分明，红的排在最外面，接下来是橙、黄、绿、青、蓝、靛、紫7种颜色。

二．关于彩虹的小秘密

1.为什么彩虹有宽有窄？

空气里水滴的大小，决定了虹的色彩鲜艳程度和宽窄。空气中的水滴大，虹就鲜艳。也比较窄；反之，水滴小，虹色就淡，也比较宽。

2.什么方向才能能看到彩虹？

我们面对着太阳是看不到彩虹的，只有背着太阳百能看到彩虹，所以早晨的彩虹出现在西方，黄昏的彩虹总在东方出现。

3.如何利用彩虹推断天气？

虹的出现与当时天气变化相联系，一般我们从虹出现在天空中的位置可以推测当时将出现晴天或雨天。东方出现虹时，本地是不大容易下雨的，而西方出现虹时，本地下雨的可能性却很大。

4.为什么冬天见不到彩虹？

一般冬天的气温较低，在空中不容易存在小水滴，下阵雨的机会也少，所以冬天一般不会有彩虹出现

5.彩虹为什么总是弯曲的

光穿越水滴时弯曲的程度，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。因为水对光有色散的作用，不同波长的光的折射率有所不同，蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来，红光在最上方，其他颜色在下。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。

若用一条假想线，连接后脑勺和太阳，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。

三、人造彩虹

彩虹的美丽总是短暂的，今天我们可以尝试自己制造彩虹，留住大自然的美丽。

方法一：

准备：脸盆、清水、镜子、白纸。

方法：1．找一间透着阳光的房子，在窗户边的墙上贴一张白纸。

2．把盛了水的盆子放在阳光下，将镜子斜靠在盆子里，镜子一半侵入水中。

3．调整镜子的角度，你就可以看到墙上出现了一道彩虹。

方法二：

准备：清水喷雾器

方法：白光照射，用喷雾器喷出水雾。背对阳光观察，就可以看到我们的自制彩虹了。

方法三:

准备：三棱镜

方法：用棱镜对准阳光，调整角度角度，在墙上就可以看到清晰的彩虹。四．有关棱镜实验的历史

当白光通过无色玻璃和各种宝石的碎片时，就会形成鲜艳的各种颜色的光，这一事实早在牛顿的几个世纪之前就已有了解，可是直到十七世纪中叶以后，才有牛顿通过实验研究了这个问题．该实验被评为“物理最美实验”之一。

1.设计并进行三棱镜实验

牛顿首先做了一个有名的三棱镜实验，他在著作中记载道：“1666年初，我做了一个三角形的玻璃棱柱镜，利用它来研究光的颜色．为此，我把房间里弄成漆墨的，在窗户上做一个小孔，让适量的日光射进来．我又把棱镜放在光的入口处，使折射的光能够射到对面的墙上去，当我第一次看到由此而产生的鲜明强烈的光色时，使我感到极大的愉快．”通过这个实验，在墙上得到了一个彩色光斑，

颜色的排列是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫．牛顿把这个颜色光斑叫做光谱． 2.进一步设计实验，获得纯光谱

牛顿在上述实验中所得到的光谱是不纯的，他认为光谱之所以不纯是因为光谱是由一系列相互重叠的圆形色斑的像所组成．牛顿为了获得很纯的光谱，便设计了一套光学仪器进行实验。

用白光通过一透镜后照亮狭缝S，狭缝后放一会聚透镜（凸透镜）以便形成狭缝S的像s‘．然后在透镜的光路上放一个棱镜．结果光通过棱镜因偏转角度不同而被分开，以至在白色光屏上形成一个由红到紫的光谱带．这个光谱带是由一系列彼此邻接的狭缝的彩色像组成的．若狭缝做得很窄，重叠现象就可以减小到最低限度，因而光谱也变得很纯．

3.牛顿提出解释光谱的理论

牛顿为了解释三棱镜实验中白光的分解现象，认为白光是由各种不同颜色光组成的，玻璃对各种色光的折射率不同，当白光通过棱镜时，各色光以不同角度折射，结果就被分开成颜色光谱．得出结论：白光能分解成不同颜色的光，这些光已是单色的了，棱镜不能再分解它们．

4.单色光复合为白光的实验

白光既然能分解为单色光，那么单色光是否也可复合为白光呢”为此牛顿进行实验．把光谱成在一排小的矩形平面镜上，就可使光谱的色光重新复合为白光．调节各平面镜与入射光的夹角，使各反射光都落在光屏的同一位置上，这样就得到一个白色光班．

牛顿指出，还可以用另一种方法把色光重新复合为白光．把光谱画在圆盘上成扇形，然后高速旋转这个圆盘，圆盘就呈现白色．这种实验效果一般称为“视觉暂留效应”．眼睛视网膜上所成的像消失后，大脑还可以把印象保留零点几秒种．从而，大脑可将迅速变化的色像复合在一起，就形成一个静止的白色像．在电视屏幕上或电影屏幕上，我们能够看到连续的图像，其原因也正在于利用了人的“视觉暂留效应”．