备课素材：虹与霓的形成原理-2022——2023学年度上学期人教版物理八年级上册

虹与霓的形成原理 人们常说到“霓虹”一词，但普遍对其缺少专门研究。虹，即常说的彩虹，是红色在外，紫色在内。霓，也称二级虹。霓的色彩正好与虹相反，即外圈是紫色，内圈是红色。 霓虹究竟是怎么回事呢？一般的解释是由于太阳光线色散而形成的，这是太阳光线被大气中的水滴反射和折射而形成的一种自然现象。每当雨过天晴，空气清新，空气中存在大量的水分，各种灰尘粉尘颗粒减少，能见度提高。太阳的对面天空中将出现彩色圆弧，按一定顺序排列红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。 这种圆弧有时能见到两个，红色在外、紫色在内，颜色鲜艳的叫“虹”；红色在内、紫色在外，颜色较淡的叫“霓”。 从实验测量的角度来说，虹的仰角是40-42°，而霓的仰角则是50.6-53.6°； 太阳光在水珠中经过一次反射的是虹，在水珠中经过反射两次的是霓。霓和虹的不同点仅仅在于光线在雨点内产生二次内反射，因此光线通过雨滴后射到我们眼帘时，光弧色带就与虹正好相反。 1、虹的形成： 一束平行的太阳光沿图中方向射入空中的一小水滴时，由于折射而进入到水滴中且同时发生色散，然后经过一次反射再从水滴射出。由于红光在水珠中的折射率最小，使其出射光线与入射光线成42°；而紫光在水珠中的折射率最大，使其折射光线与入射光线成40°。 人眼按直线追溯射入眼中的光线射来的方向看到偏折较小的红光出现在虹的最外侧，而折射率最大的紫光出现在虹的内侧。 2、霓的形成： 当一束太阳光射入一小水滴发生折射而在水滴内发生两次全反射时，折射率小的红光的出射光线方向与入射方向成50.6度。折射率大的紫光的出射方向与入射方向成53.6度。人眼根据视觉的直线特性而观察到射出水滴后的光线在空中形成外侧成紫色而内侧成红色的彩色分布。 由于太阳光经过水滴后发生两次反射的情况较发生一次反射的光能量损失很多，因而霓的亮度比“虹”的亮度暗得多，故又将其称作副虹，而且副虹位于主虹之上，副虹下面才是主虹。主虹颜色的分布为外红内紫，副虹的颜色分布为外紫内红。人们通常观察到天空中的彩虹主要是主虹，而副虹因为太暗一般不容易被人们观察到。 空气里水滴的大小，决定了彩虹的色彩鲜艳程度和宽窄。空气中的水滴大，彩虹就鲜艳，也比较窄；反之，水滴小，彩虹颜色就淡，也比较宽。我们面对着太阳是看不到彩虹的，只有背着太阳才能看到彩虹，所以早晨的彩虹出现在西方，黄昏的彩虹总在东方出现。可我们看不见，只有乘飞机从高空向下看，才能见到。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。冬天的气温较低，在空中不容易存在小水滴，下雨的机会也少，所以冬天一般不会有彩虹出现。彩虹其实并非出现在半空中的特定位置。它是观察者看见的一种光学现象，彩虹看起来的所在位置，会随着观察者而改变。 学科网（北京）股份有限公司 $