2020年云南公務員考試行測技巧：彩虹原理和變化
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彩虹原理和變化
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現象，當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，由外圈至內圈呈紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫 七種顏色。事實上彩虹有無數種顏色，比如，在紅色和橙色之間還有許多種細微差別的顏色，但為了簡便起見，所以只用七種顏色作為區別。
一、簡介
彩虹，其實只要空氣中有水滴，而陽光正在觀察者的背后以低角度照射，便可能產生可以觀察到的彩虹現象，彩虹最常在下午，雨后剛轉天晴時出現，這時空氣內塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因為仍有雨云而較暗，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象，在月光強烈的晚上可能出現，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
彩虹是因為陽光射到空中接近球形的小水滴，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，在水滴內亦以不同的角度反射。當中以40至42度的反射最為強烈，造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時，陽光進入水滴，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，總共經過一次反射兩次折射。因為水對光有色散的作用，不同波長的光的折射率有所不同，紅光的折射率比藍光小，而藍光的偏向角度比紅光大。由于光在水滴內被反射，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。彩虹意旨光線經過兩次折射一次反射，霓虹則是光線經過兩次折射兩次反射。
三、變化
1.多重彩虹
大多數人因為沒有積極的去觀察而不會注意到霓，霓是經常出現在主虹外側昏暗的第二道彩虹。霓是陽光經由雨滴內兩次反射和兩次折射產生的，出線的角度在50–53°。兩次反射的結果，使得霓的色彩排列和虹的弧相反，藍色在外而紅色在內。霓比虹暗弱，因為兩次反射不僅使得更多的光線逃逸掉，散布的區域也更為寬廣。在虹與霓之間未被照亮的天空，因為是亞歷山大最先描述的，所以被命名為亞歷山大帶。
更暗的第三道虹，甚至第四道虹，都曾經被拍攝過。這些是陽光在雨滴內經過三次或四次反射造成的。這些虹都出現在與太陽同一側的天空，第三道和太陽相距約40°，第四道則約為45°。因為陽光的關系，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"。在實驗室內，使用更明亮的光線和準直良好的激光，可以觀察到更高階的虹。據報吳等多人在1998年使用類似的方法，以氬離子激光光束達到200階的虹。
2.反射虹和被反射虹
當彩虹出現在水面的物體上時，來自不同光路互補的兩個鏡弧可能分別出現在水面上和水面下。它們的名稱略有不同，如果水面是平靜的被反射虹將呈現鏡像出現在水面的地平線下方。陽光在抵達觀測者之前首先受到雨滴的偏折，然后經過水面的反射。被反射虹，至少是一部分，經常可見，甚至在小水坑都可見。
當陽光在抵達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，因為它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，同時出現6條（或是8條）彩帶也是可能的。
3.全圓彩虹
全圓彩虹導因于雨滴對陽光的“內反射”所造成的，因為雨滴和空氣的折射率不同導致。
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。下列關于彩虹的說法正確的是：
A.冬天不易出現彩虹
B.水滴越大，彩虹越不明顯
C.彩虹上的藍光總在紅光上方
D.彩虹的明顯程度與陽光強度無關
正確答案是A
解析
本題主要考查物理常識，涉及到彩虹相關知識。
A項正確，一般冬天的氣溫較低，在空中不容易存在小水滴，下陣雨的機會也少，所以冬天一般不容易有彩虹出現。
B項錯誤，在陽光強度一定的條件下，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。因為藍光的折射率比紅光大，致使藍光的偏折程度大。所以紅光在最上方，其它顏色在下。
D項錯誤，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；二與太陽光的強度有一定關系，因為太陽光強可以影響各色光的亮度。因此彩虹明顯度與太陽光強有關。
故正確答案為A。
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