彩虹為什么是圓弧形的，彩虹是一種光學(xué)現(xiàn)象。當(dāng)太陽光照射到空氣中的水滴時(shí)，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光譜，一般為雨后常見。那你知道彩虹為什么是圓弧形的嗎？

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為什么彩虹是圓弧形的

夏日午后，太陽位于西方，暴雨過后，空氣中還留有大量的小水滴。當(dāng)我們面向東方，便看到了天空中圓弧狀的彩虹。這是因?yàn)殛柟獯┰搅舜髿猓驏|通過了我們的頭頂，碰到了從暴風(fēng)雨落下的水滴，發(fā)生了色散。

白色的陽光其實(shí)是多種顏色的光混合而成，通過小水滴折射以后，不同顏色光因偏折角度不同而被分開，形成了七色彩虹。如果我們再看仔細(xì)一點(diǎn)，就會發(fā)現(xiàn)當(dāng)一道光束碰到了小水滴時(shí)，

會有兩種可能的路徑：一種可能是直接透射過去，還有一種更有趣的可能，光束從小水滴的前表面邊緣入射到小水滴內(nèi)部，在進(jìn)入時(shí)水滴內(nèi)部由于折射而產(chǎn)生偏折，當(dāng)光束到達(dá)小水滴的后表面發(fā)生全反射，又折回水滴內(nèi)部，再從小水滴前表面離開，而這束面對我們已經(jīng)發(fā)生了色散的光束就是形成彩虹的光。

光穿越水滴時(shí)偏折的程度，由光的波長，也就是光的顏色決定的。其中紅色光的波長最長，它在水中的折射率最小，經(jīng)過反射后偏折角度最大，是42°。橙色光與黃色光次之，依此類推，偏折角度最小的`是紫色光，只有40°。所以每種顏色在天空中出現(xiàn)的位置都不同。

如果我們用一條假想線，連接我們的眼睛和太陽，那么在空間中與這條線呈42°夾角的點(diǎn)，就是紅色光所在的位置。這些不同的點(diǎn)連接在一起，會勾勒出一個(gè)圓圈。既然藍(lán)色與假想線只呈40°夾角，所以彩虹的內(nèi)側(cè)總是藍(lán)色的，而外側(cè)總是紅色的。事實(shí)上如果條件正確的話，可以看到整圈圓形的彩虹。我們所看到的圓弧是被地平線遮擋了彩虹圓圈的下半部分。

站在地上看不到圓形的彩虹，但當(dāng)天空出現(xiàn)彩虹的時(shí)候，你迅速乘上飛機(jī)或熱氣球等飛行器騰空而起的時(shí)候，可以看到彩虹和你一起騰空而起，展現(xiàn)出一個(gè)完美的七彩圓圈。

擴(kuò)展資料：

彩虹簡介

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(shí)出現(xiàn)，這時(shí)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^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(gè)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。

彩虹形成原因

彩虹是因?yàn)殛柟馍涞娇罩薪咏蛐蔚男∷危斐缮⒓胺瓷涠伞ｊ柟馍淙胨螘r(shí)會同時(shí)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(shí)，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(shí)再折射一次，總共經(jīng)過一次反射兩次折射。因?yàn)樗畬庥猩⒌淖饔茫煌l率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。

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彩虹形成的基本條件是水汽和太陽光。下過雨后，空氣濕度較大，空氣中的水汽可以看做是無數(shù)個(gè)小水滴。小水珠在空氣中基本是個(gè)球形，它不管怎么翻過來滾過去，在空間中形狀始終不變。當(dāng)太陽光射入小水滴時(shí)，會發(fā)生兩次折射和一次反射，即“折射—反射—折射”現(xiàn)象。照射到小水珠上不同部位的太陽光會產(chǎn)生不同的折射與反射路徑。

但不同角度的光線并不任意發(fā)散，而是似乎集中在某一個(gè)角度附近，這個(gè)角度在42度左右。

雖然棱鏡分解太陽光時(shí)，每種顏色只被折射到一個(gè)固定的角度。但對于水珠，某種顏色的'光會沿著0到42度的任意角度出來，只不過在42度附近亮度最大。

我們可以想象一下，當(dāng)我們拿著一粒水珠在太陽光中移動(dòng)時(shí)，我們的視線和太陽光之間的夾角逐漸增加。當(dāng)夾角接近42度時(shí)，水珠變成明亮的紫色；繼續(xù)增加這個(gè)角度，水珠的顏色逐漸向紅色方向變化；等超過了可見光的范圍，水珠又會變成昏暗的。

所以當(dāng)天空中布滿了水珠時(shí)，有一部分水珠會把太陽光折射反射再折射到我們的眼中，根據(jù)水珠與太陽光以及我們眼睛的相對角度，每個(gè)水珠呈現(xiàn)出一種顏色。

凡是相對于觀察者處于相同出射角，也就是說呈現(xiàn)相同顏色的，都處于同一個(gè)圓上（確切說是同一個(gè)錐面上）。對觀察者來說，相同折射角的水珠都處于一個(gè)圓面上，而相同折射角呈現(xiàn)的顏色相同，因而看到的相同顏色也是一個(gè)圓。這就是為什么說彩虹是圓的原因。

我們?yōu)槭裁纯吹降氖莻€(gè)圓弧形呢？這是因?yàn)榱硪话氩屎绫坏孛鎿踝×恕?/strong>

地球的表面是一個(gè)曲面，雨后空氣中的水汽也會按照地球的曲面分布，但身處地球之外看到的彩虹，應(yīng)當(dāng)是完整的圓環(huán)形狀。這種情形有時(shí)在飛機(jī)上可以看到。

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事實(shí)上如果條件合適的話，可以看到整圈圓形的彩虹。彩虹的形成是太陽光射向空中的水珠經(jīng)過折射→反射→折射 后射向我們的眼睛所形成。不同顏色的太陽光束 經(jīng)過上述過程形成彩虹的光束與原來光束的偏折角約 180 - 42 = 138度。

也就是說，若太陽光與地面水平，則觀看彩虹的仰角約為 42度。以下動(dòng)畫顯示 以相同視角射向眼睛的所有光束，必然在一個(gè)圓錐面上 。

想象你看著東邊的彩虹，太陽在從背后的西邊落下。白色的陽光(彩虹中所有顏色的組合)穿越了大氣，向東通過了你的頭頂，碰到了從暴風(fēng)雨落下的水滴。當(dāng)一道光束碰到了水滴，會有兩種可能：一是光可能直接穿透過去，或者更有趣的是，它可能碰到水滴的前緣，在進(jìn)入時(shí)水滴內(nèi)部產(chǎn)生彎曲，接著從水滴后端反射回來，再從水滴前端離開，往我們這里折射出來。這就是形成彩虹的光。

光穿越水滴時(shí)彎曲的程度，端視光的波長(即顏色)而定——紅色光的彎曲度最大，橙色光與黃色光次之，依此類推，彎曲最少的是紫色光。

每種顏色各有特定的彎曲角度，陽光中的紅色光，折射的角度是42度，藍(lán)色光的折射角度只有40度，所以每種顏色在天空中出現(xiàn)的位置都不同。

若你用一條假想線，連接你的后腦勺和太陽，那么與這條線呈42度夾角的地方，就是紅色所在的位置。這些不同的位置勾勒出一個(gè)弧。既然藍(lán)色與假想線只呈 40度夾角，所以彩虹上的藍(lán)弧總是在紅色的.下面。

彩虹之所以為弧型這當(dāng)然與其形成有著不可分割的關(guān)系，同樣這也與地球的形狀有很大的關(guān)系，由于地球表面為一曲面而且還被厚厚的大氣所覆蓋，在雨后空氣中的水含量比平時(shí)高，當(dāng)陽光照射入空氣中的小水滴形成了折射，同時(shí)由于地球表面的大氣層為一弧面從而導(dǎo)致了陽光在表面折射形成了我們所見到的弧形彩虹!