2.2彩虹 海市蜃景在线视频

同学们好

接下来我们讲彩虹和海市蜃景的成因

黄庭坚这首

断虹霁雨 净秋空

山染修眉新绿

描述了雨后的彩虹

大家知道吗

彩虹通常有两道

一道下方的称为虹

上方还有一道更弱的称为霓

它是怎么形成的呢

它的形成是由于雨过天晴后

空气当中有合适大小的水珠

光从后方射到前面的水珠上

在水珠内部

光经过一次折射

一次全内反射

再折射

从水珠的下方出来

太阳光当中

红光经过这样的光路之后

出来的偏折角是42.5度

而紫光出来之后

折射的光线与原来的光线

夹角是40.8度

我们通常在太阳的反方向看到虹的形状

虹拱形的正中心

就是观察者头部影子的方向

而虹则在观察者头部的影子

与眼睛连线以上40到42度的位置

这是红色的在最外部

而紫色的则是里面的圆弧

而霓呢则是太阳光射到水珠的下部

经过一次折射两次全内反射

再折射出来

这时红色的光它的偏折角是50.1度

而紫色的光偏折角是53.2度

所以霓的排列顺序

是红光在圆弧的里面

而紫光在圆弧的外面

观察者头部的影子

与眼睛连线以上50到53度的位置

就是我们观察霓的方向

以后大家看见彩虹的时候

再抬头看看上方

是否有一个更弱的霓出现

由于霓是经过了两次全内反射

所以它的强度要比虹弱得多

接下来我们看一下海市蜃景的成因

在天晴时平直的高速路上行驶

我们通常会看到前方路面

像有水和镜子一样

但走近时却什么也没有

这是什么原因呢

原来在天晴的时候路面被阳光照射

温度逐渐升高

这时在空中和接近地面之间

形成了一个温度差

上方空气温度低

下方空气温度高

从而造成空气的密度

从上到下是由大到小

而折射率则是跟空气的密度有关

这时上方的折射率大

下方的折射率小

从而光在上方传播时速度更慢

而在靠近地面传播时速度更快

而根据前面我们讲的费马的

最短时间原理

所以光会选择从下方绕弯

然后再到达我们观测人的眼中

所以沿着延长线的方向

我们就好像看到地下有车的影子

这是在高速路行驶时看到的

地面一滩水的原因

海市蜃楼也是这个原因形成的

这时原因是靠近海面附近

空气的温度更低

而离海面远处高处温度更高

从而空气的密度是上方的密度小

下方的密度更大

从而折射率是上方的折射率小

下方的折射率大

从而光在上方传播时更快

在下方传播时更小

根据光速最小（短时间）原理

所以远方的船只发出来的光

经过上方再到达人的眼睛

从人眼看过去

延长线就是在海平面的上方

这就是海市蜃景的成因

宋代的沈括在《梦溪笔谈》当中

描述了这样一种现象

说登州海中时有云气

如宫室台观 城堞人物

车马冠盖 历历可睹

白居易在《长恨歌》当中

也描述了这样的景象

忽闻海上有仙山

山在虚无缥缈间