虹霓現象的形成

當下午三點以後,如果在下過一場雨後,太陽仍然可見時.
    背對著太陽抬頭望去,
    就有機會看到最美麗的彩虹, 高掛在天空.
    如果運氣好, 還可同時見到另一層淡淡的霓.
    虹霓是怎樣形成的? 下圖是解說 java 動畫
    (進一步資料請參考 虹霓現象的物理



右邊黑色圓圈代表天空中的水珠, 光束線由左邊射向水珠.

當光線遇到水珠, 會有部分反射, 部分折射進入水珠內.
    黃色線段代表法線, 反射時, 入射角等於反射角. 當選擇 單色光束 時,圖中會顯示 一虹/霓
    光線相對強度 與 仰角的關係圖。
    和所選擇光線一樣顏色的面積顯示 電場方向垂直於 螢幕的強度。
    黃色的線條則 顯示 另一電場的 相對強度。
    縱座標數值 為相對於 入射光的強度。
    因此以紅色光為例,在 仰角42度附近
        看到的彩虹 紅色光強度略小於入射光的 0.8%

彩虹的來源

霓的來源     是否留意到 光束線 3,4 大部分電場方向皆垂直於螢幕,
    所以彩虹及霓 ,近乎為完全偏振光.



為何彩虹是 圓弧形的呢?

歡迎您多提供建議, 讓我們將解說改善的更好, 謝謝!

請來信 hwang@phy03.phy.ntnu.edu.tw

關於虹霓現象進一步資料, 可參閱教育部委辦, 高級中學科學課程研究計劃,
高中物理單元教學補充教材中, 由北一女中 張仁昌教師, 所主筆 虹霓現象 單元
(國立台灣師範大學科學教育中心編印)

另外桃園高中 劉世偉老師也提供一篇 虹與霓偏角(WORD) 的討論
探討為何在特定角度才看得到 虹與霓 (也是本動畫中主要目的之一)


為何只有在最大夾角處, 才看得到彩虹呢?

    注意:再不同射出角度光線強度並不一樣, 如果強度都一樣,
    則回復白光. 與背景光線一致, 則什麼都看不到 .
    在最大夾角附近 射出的光線相對強度較強. 因此於背景中凸顯出來.
    又由於有最大夾角, 因此最大夾角附近光的強度又更增強.
    於是形成我們喜愛的彩虹.

    如果用滑鼠按一下 , 左邊彩色方塊旁的白邊方塊,
        將繪出所有不同的入射情形,
    可看出最大夾角附近, 顏色較深, 便是彩虹形成角度.
    另有一稍大角度, 也有顏度稍微深的情形, 但是較不顯著, 則是霓的所在.
    試試看吧!


如何解釋 所看到的彩虹, 是紅色在外圈

    分別選擇不同色光比較, 將發現不同顏色光線與地面夾角不同
        (紅光夾角較藍光大),
    而要光線皆射向我們的眼睛. 則不同顏色的光線, 必然不是從同一點射出,
    而是從不同來源的光線(不同的雨滴), 同時射入我們的眼睛.
    同理可知, 當彩虹出現時, 每個人都只看到專屬於他自己的彩虹.
    想試試看嗎?
    請用滑鼠按左邊的彩色方塊, 雨滴變小了, 且出現兩顆水珠.
    注意觀察左上方水珠射出的紅光, 與右下方射出的藍光會相交.
    如果我們的眼睛正好在相交處, 那麼便看到紅色在外圈, 藍色在內圈的彩虹.
    右下方水珠不見的一定要在目前所顯示位置, 在很多其他位置皆可以.
    不妨請你自己移動一下右下方水珠的位置. 它會跟著你的滑鼠, 在區域內移動
    (請同時按下滑鼠左鍵).
    目前彩虹光束射向下方, 霓射向上方.
    若再按一次彩色方塊, 則彩虹與霓上下對調(改變參數 b值正負).

進一步說明,請參考 光--電磁波 與 彩虹的形成
歡迎批評指教!電子郵件 : 請按 hwang@phy03.phy.ntnu.edu.tw
作者:國立台灣師範大學 物理系黃福坤
最後修訂時間: