虹和霓
雨后初霁我们常常会看见天上出现美丽的七色彩虹，那么它是怎样形成的呢？因为夏天雨后天空中漂浮着很多的水汽和小水滴，当太阳光以一定角度穿过云层中及空气中的小水滴时，将产生比较复杂的反射与折射而造成的一种色散现象。
1．虹的形成：夏日傍晚雨后的天空中常常悬浮有大量的微小水珠，在傍晚差不多水平射向东方的太阳光射到这些微小的水珠内经过一次反射后，再从水珠内折射出来并斜向下方射到人们的眼睛里，光路如图4中示（一束平行的太阳光沿图中方向射入空中的一小水滴时，由于折射而进入到水滴中且同时发生色散，然后经过一次反射再从水滴射出，由于红光在水珠中的折射率最小使其出射光线与入射光线成 ，而紫光在水珠中的折射率最大使其折射光线与入射光线成 ，即得到图中单色光的分布情况）；人眼按直线追溯射入眼中的光线射来的方向看到偏折较小的红光出现在“虹”的最外侧，而折射率最大的紫光出现在“虹”的内侧；而且太阳光经过水滴后主要发生一次反射，故人们将“虹”又称为主虹。
2．霓的形成：图5示当一束太阳光射入一小水滴发生折射（色散）而在水滴内发生两次反射时，其在水珠中的传播如图示，折射率小的红光的出射光线方向与入射方向成 ，折射率大的紫光的出射方向与入射方向成 ，人眼根据视觉的直线特性而将观察到射出水滴后的光线在空中形成外侧成紫色而内侧成红色的彩色分布。由于太阳光经过水滴后发生两次反射的情况较发生一次反射的光能量损失很多，因而“霓”的亮度比“虹”的亮度暗得多，故又将其称作副虹，而且副虹位于主虹之上，副虹下面才是主虹。主虹中颜色的分布为外红内紫，副虹的颜色分布为外紫内红；人们通常观察到天空中的彩虹主要是主虹而副虹因为太暗一般不容易被人们观察到。
太阳光在水珠内经过三次、四次反射也可以形成彩带而被称为第三虹、第四虹等，但它们的色彩更暗淡，故一般很难看得到。
彩虹其实并非出现在半空中的特定位置。它是观察者看见的一种光学现象，彩虹看起来的所在位置，会随著观察者而改变。当观察者看到彩虹时，它的位置必定是在太阳的相反方向。彩虹的拱以内的中央，其实是被水滴反射，放大了的太阳影像。所以彩虹以内的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置，刚好是观察者头部影子的方向，虹的本身则在观察者头部的影子与眼睛一线以上40°至42°的位置。因此当太阳在空中高于42度时，彩虹的位置将在地平线以下而不可见。这亦是为什么彩虹很少在中午出现的原因。
彩虹由一端至另一端，横跨84°。以一般的35mm照相机，需要焦距为19mm以下的广角镜头才可以用单格把整条彩虹拍下。倘若在飞机上，会看见彩虹会是完整的圆形而不是拱形，而圆形彩虹的正中心则是飞机行进的方向。
虹霓的形状和颜色在物理上得到了解释，但它们还隐藏了人的肉眼看不见的秘密，这就是虹霓的偏振现象。如果用偏振片或尼科耳作为检偏器观察虹霓，会发现当检偏器转到一定的方向时，虹霓的一部分便隐去了，这证明虹霓是部分偏振光，经计算还可发现虹霓的偏振度很高，近乎是线偏振光。
3．虹霓小史
我国早在殷代甲骨文里就有了虹的记载，当时把虹字形象地写成“＝”。到了唐代，对虹有了比较科学的解释。唐初孔颖达（574一648）在《礼记注疏•月令》中写道：“若云薄漏日，日照雨漏则虹生。”这里已粗略地揭示了虹的成因。在欧洲，英国科学家罗吉尔•培根（1214～1292）最早指出虹霓是由太阳光照射空中的雨滴，发生反射和折射现象而形成的。笛卡尔在1637年发现水滴的大小不会影响光线的折射。他以玻璃球注入水来进行实验，得出水对光的折射指数，用数学证明彩虹的主虹是水点内的反射造成，而副虹则是两次反射造成。他准确计算出彩虹的角度，但未能解释彩虹的七彩颜色。后来牛顿以玻璃菱镜展示把太阳光散射成彩色之后，关于彩虹的形成的光学原理全部被发现。（此处关于虹霓发现的说法很多，本人不才，未能弄清，“虹霓小史”部分仅供参考）
4．神话及宗教中的彩虹
彩虹升起的地方在中国神话中，女娲炼五色石补天，终止了一场从天的缺口降下来的大洪水。
在《圣经•创世记》9:13里，上帝在大洪水过后，以彩虹跟诺亚及其子孙立约，再也不降如此大的洪水来毁灭世界了。
在希腊神话中，彩虹是由信使Iris所铺设连接天地的道路。
在爱尔兰神话中，彩虹升起的地方是藏有黄金等宝藏的地方。