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彩虹是大自然中最美丽的光学现象之一。当阳光穿过空气中的小水滴时，会发生一系列复杂的光学过程。太阳光看起来是白色的，但实际上包含了所有颜色的光。当这些光线进入水滴后，不同颜色的光会以不同的角度弯曲，最终形成我们看到的七彩光谱。
彩虹形成的第一步是阳光进入水滴。当太阳光从空气射入水滴时，会发生折射现象。这是因为光在空气和水中的传播速度不同。光线从空气进入水滴时，速度会变慢，导致光线向法线方向弯曲。入射角和折射角的关系遵循斯涅尔定律。这个折射过程是彩虹形成的关键第一步。
第二步是色散现象。当白光进入水滴后，会被分解成七种不同颜色的光。这是因为不同颜色的光在水中具有不同的折射率。红光的折射率最小，所以弯曲程度最小；而紫光的折射率最大，弯曲程度最大。其他颜色的光则按照橙、黄、绿、蓝、靛的顺序，折射程度依次增加。这个色散过程将原本的白光分离成了我们熟悉的彩虹七色。
第三步是内部反射。当分散后的彩色光线到达水滴的内表面时，会发生反射现象。大部分光线在水滴内壁被反射，改变了传播方向。这个反射过程非常重要，因为它保持了各种颜色光线的分离状态。反射遵循反射定律，即反射角等于入射角。经过反射后，这些彩色光线将朝着水滴的另一侧传播，为最终射出水滴形成彩虹做好了准备。
最后一步是彩虹的形成。反射后的彩色光线从水滴中射出时，会再次发生折射。当天空中有无数个小水滴同时发生这个完整过程时，不同颜色的光会以特定的角度射向观察者，这个角度大约是40到42度。观察者看到的每一种颜色实际上都来自不同高度的水滴。红光来自较高的水滴，紫光来自较低的水滴。所有这些彩色光线在观察者眼中汇聚，就形成了我们看到的美丽彩虹弧形。这就是彩虹形成的完整物理过程。