他指出：波发生折射的原因是波在不同介质中传播速度不同。并且，根据光的折射规律，光在空气中传播速度快，在水中传播速度慢。

如图，一束平行光照射到两种介质的界面时，各条光线并不是同时到达界面的。下方的光线先到界面A点，上方光线此时只到达了B。随后，A就会在第二种介质中传播，而光线B继续在第一种介质中传播。由于在第二种介质中光的传播速度比较慢，当B光线从传播到界面上的B0点时，光线A会从A传播到A'点，并且AA'<BB0，这就造成了光线的偏折。宛如一辆汽车本来在柏油马路上走，右前轮突然进入了沙土地面，此时汽车的运动方向就会发生偏折。

二、光的色散

光在介质中的速度主要由介质决定，例如水中的光速大约是真空中的3/4，玻璃中的光速大约是真空中的2/3。但是，即便是同一种介质，不同颜色的光传播速度也有微小的差别，这就造成了不同颜色的光在折射时的偏折程度不同。

我们知道，白色光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的单色光构成的。如果一束白光进入介质，由于每种色光偏折程度不同，出射时就不再是白色，而是分成了七种颜色。这个现象就称为色散，最早是由牛顿发现的。

如图所示，牛顿让一束白光通过三棱镜，他发现：出射光分为七种颜色。相比于原来的入射方向，红色光偏折最小，紫光偏折最大。这个规律在任何介质折射时都是适用的。

当空气中有小水滴时，光线进入小水滴会发生折射和反射。由于刚才所说的原因，不同颜色的光在发生折射时偏折程度不同，不同颜色的光彼此分开，人们就观察到了五颜六色的彩虹。

三、虹的形成

我们首先来解释一下主虹（虹）的形成。

光线进入水滴时，可能会发生两次折射和一次反射，然后射出水滴，如下图所示。

光线首先通过一次折射进入水滴，再通过一次反射和一次折射射出水滴。由于色散的原因，对于同一个水滴的出射光，紫色光偏折程度大，偏向水平；而红色光偏折程度小，偏向竖直。于是就形成了紫光在上，红光在下的情况。在红光到紫光之间，分布着橙黄绿蓝靛几种颜色。

当人们进行观察时，空气中分布的许多水滴都形成类似的效果，如下图所示。

大家注意：同一个水滴发出的光不能全部进入我们的眼睛，因为一个水滴色散后的光线是向不同方向发射的。我们所接收的是不同水滴出射的光。这样一来，接收到的最上方的光更加偏向竖直，相比于原来的入射方向偏角最小，是红色；最下方的光线更加偏向水平，相比于原来光线的入射方向偏角最大，因此是紫色。于是我们就看到了外红内紫的主虹。

四、霓的形成

副虹（霓）的形成原因类似，只不过，它是光线在水滴中进行了两次折射和两次反射形成的。

如图所示，在这种情况下，由于红光偏折程度小，射出时更加偏向水平；紫光偏折程度大，射出时更加偏向竖直，刚好与主虹相反，于是就造成了外紫内红的效果。

一般而言，虹与霓会同时出现，而且霓更高。只是由于霓多了一次反射，比虹弱很多，所以有时候人们认为只有一层彩虹。

美丽的彩虹让人们产生了诸多幻想，古希腊人认为彩红女神伊里丝是宙斯的使者。但是只有科学才能让我们真正认识自然，了解自然。