光的颜色和色散

大千世界中关于光的现象有很多,我们已经探索了不少,然而还有一种没被我们发掘,这就是光的颜色。

你一定很感到很奇怪:平常我们见到的光都是白色的,但是为什么光会有其他颜色呢?这种现象很奇怪啊。但是有一点我们可以确定:白色的光与那些其他颜色的光是有一定关联的,它们之间存在着一定的关系。那么到底是什么样的关联呢?我们分别拥有两个猜想:1.其他颜色的光本来不存在,是由白色的光衍生出来的。2.其他颜色的光与白色的光是并列存在的,只不过我们能看见的只有白色的光。

既然已经有了猜想,下一步就是实验了。首先我们要如何设计实验呢?思考一下:天空中的彩虹也是光,而它拥有许多颜色,那些光都是通过折射才分散开来,并且拥有颜色的,所以我们需要某个物品去“折射”白光,当然,这种物品需要有彩虹折射出来的特性。如果用玻璃折射,那怎么可能出现彩光?实验材料有:三棱镜。

我们可以通过三棱镜来测试,因为这种特殊的物品可以将光折射,这样我们就能验证彩色的光是否是由白色的光衍生出来的,探究彩光的产生。

如图,三棱镜下面产生了彩色的光线,这就是三棱镜折射出来的光。白色的太阳光经过三棱镜的折射变成彩色的光,由此可以判断:彩色的光是由白光衍生而来的,不是并列存在的,这是我们针对这个实验达成的共识。

但是我还有一个问题:光色散背后的原理是什么?色散顾名思义就是白光散射之后,许许多多不同颜色的光线都发散开来,这就是色散现象。那么背后的原理是什么呢?是什么神奇的科学道理让光从白变彩?

刚才我们说到,我们能看到彩虹是因为光在空中被折射了,同时,我们以三棱镜为实验材料来做实验,就是因为光在上面会发生折射现象,所以光的色散过程中,折射是非常重要的。那么这个过程我们就彻底理解了:光原本是白色的,但是在经过某种特殊的折射之后,会发生色散现象,从而使白光分散开来,成为许多颜色的光线。


我们已经知道了色散背后的原理,然后刚刚又提到了彩虹。彩虹原本也是白光,许多不同颜色的光是通过空中的小水滴折射而成的,小水滴将光折射成七彩光之后,把它们架在空中,就是彩虹了,我们可以用色散原理解释这个现象:

当白光照射下来,被小水滴反射,就成为了彩色的光(当然不只有七种颜色,折射出来的光可以有很多颜色),我们看到的就不再是白光了,而正是因为我们看不到空中的小水滴,所以这个变化过程就需要我们一步一步去探索了,大家可以自己去观察一下彩虹,这些色散问题就会在你的脑海中不断盘旋。可是,又有问题了:



红色光线和绿色光线的入射线是平行的,但是射入玻璃砖(图中的长方体)时,两条折射线明显发生了偏折,绿色光线离法线更近,而红色光线相对离法线就比较远,在发生折射的时候,两者就不一样了。为什么会不一样呢?我的猜想是:颜色。两条光线的颜色不同,一条是红色光线,一条是绿色光线,这就是不同颜色光线反射的不同所在——折射率。

不同颜色的光,折射率也就不同,所以我们已经找出了两条线里发现的距离不相等的原因,随即我们又能用其来解释彩虹。

彩虹有七种颜色,通常是红色在最外面,紫色在最里面。现在我们就可以利用折射率来解释这个现象了。越是偏向外面的光线,折射率就越高,因为它的折射幅度最大,我们能看到这种颜色的光线才会最长。相反,越是偏向里面的光线,折射率就越低,因为它的折射幅度最小,我们能看到这种颜色的光线才会最短。这就是关于不同颜色光线,折射率不同的问题。

这些都是关于光的色散的知识,大家可以自己去实践一下,利用两只激光笔(射出的光线颜色不能相同)平行方向把光射进玻璃砖,或者自己去观察彩虹,可以利用三棱镜去尝试反射一下太阳光,自己去探索一下。

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