彩虹形成的原理：阳光如何通过水滴折射反射呈现七色光谱

核心原理：光的折射、反射与色散

阳光的本质
阳光（白光）是由不同波长的光组成的复合光，包含红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的可见光谱。

水滴的作用
雨后空气中悬浮的近似球形的小水滴，相当于一个个微型棱镜。当阳光照射到水滴时，会发生以下过程：

• 折射进入水滴：光线从空气进入水滴（从光疏介质到光密介质），发生第一次折射，不同颜色的光因波长不同而偏折角度略有差异（色散）。
• 内壁反射：光线在水滴内部发生一次反射（主虹）或两次反射（副虹）。
• 再次折射出水滴：光线离开水滴时发生第二次折射，进一步分离颜色。

色散与颜色排列
由于不同颜色的光波长不同，折射率也不同：

• 紫光波长最短，折射率最大，偏折角度最明显。
• 红光波长最长，折射率最小，偏折角度最小。 经过两次折射和一次反射后，出射光按红→紫的顺序从外向内排列（主虹）。

彩虹的几何结构

• 主虹（Primary Rainbow）
  光线在水滴内经历 1次反射，出射光与入射光夹角约 42°。红光在外圈，紫光在内圈。

• 副虹（Secondary Rainbow）
  光线经历 2次反射，出射夹角约 52°。颜色顺序反转（紫在外，红在内），亮度较低（因多一次反射损失能量）。

为何彩虹呈圆弧形？

• 只有与观察者视线成 特定角度（约42°） 的水滴反射的光能进入人眼。这些水滴分布在以观察者为中心、与阳光方向成42°的圆锥面上，因此彩虹呈现弧形。

关键条件 阳光与观察者位置
阳光在观察者背后（通常为低角度，如早晨或傍晚）。 水滴的存在
空气中需有充足的小水滴（如雨后或瀑布附近）。 总结

彩虹是阳光在水滴中经过折射→反射→再折射后发生色散，不同颜色的光以特定角度（42°或52°）进入人眼形成的彩色光弧。其本质是白光被分解为可见光谱的自然现象。