悬空的彩桥
雨后的彩虹就像一道彩色的拱桥悬挂在半空中。是谁趁我们不注意搭建了这座桥呢？原来它是水滴和阳光的杰作。
一场大雨过后，空气中留下了许多小水滴。此时，太阳公公露出了笑脸，开始热情地播撒阳光。它们会穿过空气中的小水滴，但是从小水滴中穿出来的时候，却变身为华丽的彩虹。平常我们看到的阳光明明都是白色的，为什么经过透明的小水滴就被染成七彩的了？
其实小水滴并没有为阳光染色，它们只是把阳光本来的颜色分出来了。我们看到的白色阳光本身就包含了许多颜色的光线，其中有一部分能被我们人眼看到的光线叫做可见光，它们可以大致分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫这7种颜色。所有颜色的光线如果按照一定的比例汇聚在一起照进我们的眼睛，看起来就是白色的。白纸看起来是白色的就是因为它反射了几乎所有颜色的可见光到我们的眼睛里，而黑色的东西则是吸收了绝大多数光线。那为什么阳光穿过水滴，本来混在一起的不同颜色的光线就分开了呢？
这是因为就像每个人都有自己的性格，每种光线也有自己的特点。光的本质是电磁波，光波每秒振动的次数就是它的频率，而在一个振动周期内传播的距离称为波长。就像波浪有大有小，光的波长也有长有短。从红光到紫光，它们的波长越来越短，频率越来越高（在真空中，波长与频率的乘积等于光速，是一个常数）。光线从一种介质斜着进入另一种介质（比如空气和水）时，传播方向会发生不同程度的偏移，这种现象就叫做折射。不同光线的折射率不同，同种光线在不同介质中的折射率也不同。一般情况下，光线在水中的折射率要大于空气，而且它们在密集的水滴中还会发生多次折射，使它们分开得更明显。
另外，红光的折射率要小于紫光，也就是说，当阳光穿过小水滴时，相比红光，紫光会比原来前进的方向偏离得更多，这样一来光线就被从红到紫规律地分开了。我们把这种光线在特定条件下因不同折射率而分开的现象叫做色散。
阳光在经过水滴时不仅会发生折射，还会发生反射，也就是光线射到介质表面时发生折返的现象。正是不同颜色的光被反射到我们眼中，才让我们看到不同颜色的画面。所以彩虹其实是光线穿过水滴时发生折射和反射所形成的。
明白了彩虹的原理，我们就可以自己制造彩虹了！在瀑布周围我们也经常可以看到小彩虹，这同样是小水滴的“魔术”。但是要制造一场雨或者一条瀑布就太费劲了，不如用更简单的方法——在阳光下用水管向空中喷水，就像爸爸洗车时那样，说不定就能让彩虹现身。如果想让成功率更高也可以使用玻璃制成的棱镜。
没有棱镜也不要紧，普通的镜子也可以。把一面镜子以一定的倾斜角放在较浅的水中，然后让阳光或者手电筒的光线照在镜子上，这样光线就会通过水的折射和镜面的反射形成彩虹，在反射的方向上放一张白纸，还可以看得更明显。
学会了制造彩虹，你也是个初级“光魔法师”啦！
作者：Mirror
审稿：张轩中（科普作家，中国物理学会会员）
京公网安备11010502039775号
