光的色散和彩虹实验

徐双华

1665年，英国物理学家牛顿首次发现：太阳光通过三棱镜后，分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色，并称这种现象为光的色散。光的色散的物理本质是白光经玻璃二次折射和一次反射。因此，色散现象跟玻璃的折射率与入射光波长有关。现在，我们不通过玻璃三棱镜也可以做做光的色散及彩虹实验。

光的色散实验一：取一只200毫升无色玻璃烧杯，洗净后倒入1/3容积的清水。另取一块面积为3×3cm²平整的镜子，斜搁于烧杯壁上，与杯底成30°～60°角。将烧杯置于阳光射入的靠窗口桌子上。当阳光射至杯内镜面上时。由于水与镜面构成了一只水棱镜。反射后，在白墙上能清晰观察到有规则的七色彩带，如下图所示：

如果镜面不平整，那么白墙上就会出现不规则的五彩缤纷的花纹。

光的色散实验二：取一只500毫升无色玻璃烧杯，洗净后倒入1/3容积的清水。将烧杯置于阳光射入的窗口旁，手提烧杯，杯下垫放一张白纸。当太阳光经烧杯中的水后投到白纸上。就可清晰地显现圆弧形彩色条纹，并呈有规则地排列。圆弧最外层为红色，最内层为紫色。圆弧的大小随烧杯与白纸间距离大小而变化，如下图所示：

光的色散表现在自然界中就是彩虹。彩虹是阳光射到空中的水滴里发生反射和折射而形成的。雨后，空气里充满无数小水珠，它们都相当于一个个小棱镜。当太阳光射到这些小水珠上，经过两次折射和一次反射，便发生色散现象，如下图所示：

下面介绍几种用实验手段来再现彩虹的方法。

彩虹实验一：喷雾成虹

用嘴含一口冷开水，背对太阳，喷雾成虹。但这样形成的彩虹转瞬即逝。为此，我们还可取一根带尖嘴(尖嘴内径约0.6毫米)的玻璃管，用橡皮管与水龙头相连。打开水龙头则能在空间形成一抛物状喷泉，这股连续喷泉在其周围形成无数小水珠。只要人们背对太阳，就能观察到美丽的人造彩虹。

彩虹实验：圆环虹实验

取一只直径约8厘米的无色透明，薄壁球形烧瓶，洗净后盛满清水，并将其固定。另取一块面积约50×50厘米²的三夹板，中央钻一直径约4厘米小孔，边缘用砂纸打光滑，将其置于球形瓶前约数厘米处，圆孔对准瓶。且在靠瓶一面上糊以白纸；再取一面3×3厘米²镜子，斜放于靠窗口处。一且太阳光射至镜子后，其反射光正好穿过三夹板中心圆孔，射至球形烧瓶，这时可观察到：经球形烧瓶反射出落在三夹板白纸面上的圆环形彩虹。外圈为红光，内圈为紫光。很诱人，如下图所示：

模拟彩虹实验三：

找一张吸水性较好的纸条，用黑墨水在纸条的下方浓浓地画一条线，然后把纸条竖置在有水的碟子里(注意不能让水没过那条线)。一段时间后，我们就会看见纸条上出现了一道比较宽的、由各种颜色组成的彩色条纹。