为什么会产生光的色散?

为什么会产生光的色散?
为什么会产生光的色散?

为什么会产生光的色散?
是因为光有多种颜色组成
光的色散和物体的颜色
光通过三棱镜的色散
白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种色光组成的叫做复色光.红、橙、黄、绿等色光叫做单色光.
色散：复色光分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散.色散可以利用棱镜或光栅等作为“色散系统”的仪器来实现.复色光进入棱镜后,由于它对各种频率的光具有不同折射率,各种色光的传播方向有不同程度的偏折,因而在离开棱镜时就各自分散,形成光谱.
光的色散
light,dispersionof
介质折射率随光波频率或真空中的波长而变的现象.当复色光在介质界面上折射时,介质对不同波长的光有不同的折射率,各色光因折射角不同而彼此分离.1672年,I.牛顿利用三棱镜将太阳光分解成彩色光带,这是人们首次作的色散实验.通常用介质的折射率n或色散率dn／dλ与波长λ的关系来描述色散规律.任何介质的色散均可分正常色散和反常色散两种.
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①正常色散.对光波透明的介质,其折射率n随波长λ的增加而减小,色散曲线(n-λ关系曲线)如图1所示,称为正常色散.法国数学家A.L.柯西于1936年首先给出了正常色散的经验公式,称柯西公式：
A、B和C是由介质性质决定的常数.要求不严时可近似写成
色散率为
上述规律表明,正常色散时n随λ的增加而趋于某一极限,色散率dn／dλ＜0,其绝对值随λ的增加而减小.
②反常色散.在介质对光有强烈吸收的波段内(吸收带),折射率随波长的增加而减小,色散率dn／dλ＞0,这与正常色散相反,故称反常色散.对同一介质,在对光透明的波段内表现为正常色散,而在吸收带内则表现为反常色散.F.-P.勒鲁于1860年首先在碘蒸气棱镜内观察到反常色散现象,R.W.伍德于1904年利用交叉棱镜法成功地显示出钠蒸气在可见光波段内的反常色散.
图2 阳光发生色散形成的虹
1871年,W.塞耳迈耶尔用弹性以太理论导出了新的色散公式,它比柯西公式更普遍,不仅解释了吸收带附近的色散现象,而且在远离吸收带时就简化成柯西公式.H.A.洛伦兹根据由他创立的电子论也导出了塞耳迈耶尔色散公式.色散的严格理论解释需用量子力学.
利用介质的色散性质可制成色散器件,把复色光分解成光谱,但另一方面,色散是成像元件产生色像差的原因（见像差）.
http://www.coco163.com/zldq/G/G1069.htm
物体的颜色
人们感知的物体颜色涉及到色彩学、光学、化学及生理学等不同学科.
1、 光的色学性质
1666 年,英国科学家牛顿第一个揭示了光的色学性质和颜色的秘密.他用实验说明太阳光是各种颜色的混合光,并发现光的颜色决定于光的波长.下表列出了在可见光范围内不同波长光的颜色.
不同波长光线的颜色
为对光的色学性质研究方便,将可见光谱围成一个圆环,并分成九个区域（见图）,称之为颜色环.颜色环上数字表示对应色光的波长,单位为纳米（ nm）,颜色环上任何两个对顶位置扇形中的颜色,互称为补色.例如,蓝色（ 435 ～ 480nm ）的补色为黄色（ 580 ～ 595nm ）.通过研究发现色光还具有下列特性：（ l ）互补色按一定的比例混合得到白光.如蓝光和黄光混合得到的是白光.同理,青光和橙光混合得到的也是白光；（ 2 ）颜色环上任何一种颜色都可以用其相邻两侧的两种单色光,甚至可以从次近邻的两种单色光混合复制出来.如黄光和红光混合得到橙光.较为典型的是红光和绿光混合成为黄光；（ 3 ）如果在颜色环上选择三种独立的单色光.就可以按不同的比例混合成日常生活中可能出现的各种色调.这三种单色光称为三原色光.光学中的三原色为红、绿、蓝.这里应注意,颜料的三原色为红、黄、蓝.但是,三原色的选择完全是任意的；（ 4 ）当太阳光照射某物体时,某波长的光被物体吸取了,则物体显示的颜色（反射光）为该色光的补色.如太阳光照射到物体上对,若物体吸取了波长为 400 ～ 435ntn 的紫光,则物体呈现黄绿色.这里应该注意：有人说物体的颜色是物体吸收了其它色光,反射了这种颜色的光.这种说法是不对的.比如黄绿色的树叶,实际只吸收了波长为 400 ～ 435urn 的紫光,显示出的黄绿色是反射的其它色光的混合效果,而不只反射黄绿色光.
2、 人的色觉特点
不同波长的光照射到人眼视网膜上,将给大脑不同的感觉,这种感觉称为色觉.人们就是凭自己的色觉来辨别物体的颜色,一般人的眼睛可分辨 120 多种颜色,如果在不同颜色的相互补充、相互衬托之下,有经验的人可分辨 13000 多种颜色.人眼为什么能分辨这么多种颜色呢?现代科学研究认为：人眼中的锥状辨色细胞有三种,每一种细胞擅长接收一种颜色的光,但对可见光内所有波长的光也能发生程度不同的反应.这三种锥状辨色细胞分别对红、绿、蓝色光最敏感.因此,人们选择这三种颜色作为光的三原色.彩色电视机也是根据上述理论制成的彩色显示过程.
当眼睛接受了混合光之后,三种色觉细胞都按自己的规律兴奋起来；产生三种视觉信号.经视神经传到大脑,但是,大脑对每一个单独信号并不感兴趣,而是把它们总合在一起,形成一个综合的色觉,这就是人们感觉到的所接收混合光的颜色.根据人的色觉特点,当红、绿、蓝三种色光按千变万化的比例混合时,就会使人感觉到千差万别的颜色.
3、 光和物体的颜色
我们知道,在没有光线的暗室中,或在漆黑的夜里,谁也无法辨认出物体的颜色,只有在光照射下.物体的颜色才能为人眼所见.所以,物体的颜色是光和眼睛相互作用产生的,是大脑对投射在视网膜上不同波长光线进行辨认的结果.
我们日常所说物体的颜色,是指在日常环境里太阳光照射时物体所呈现的颜色.称之为物体的本色,在特殊环境里物体呈现的颜色,称之为衍生色.例如,在阳光照射下树叶呈绿色,这是其本色,而在红光照射下,这一 “绿色”的树叶呈现黑色,改用紫外线照射时,它又呈火红色,这后两种颜色是衍生色.一个物体的本色只有一个,而衍生色可有几个,故我们说物体的颜色时,若不作特殊说明即指物体的本色.
物体的颜色决定于它对光线的吸收和反射,实质上决定于物质的结构,不同的物质结构对不同波长的光吸收能力不同.我们知道：光是由光子组成的.不同波长的光由不同能量的光子组成.波长 λ和能量 E 间的关系为 E=hc/λ,式中普朗克常数,c为光速.当光子射到物体上时,某波长的光子能量与物质内原子的振动能,或电子发生跃迁时所需能量相同时,就易被物质吸收,其它波长的光就不易被吸收.物质对光的选择吸收,就造成了各自的颜色.对同一种物质,改变其内部结构时,颜色也会改变.如碘化汞在正方晶系时呈红色,而加温到 127 ℃使晶形转变为斜方晶系时却成蓝色.这主要因物质结构的改变,对光的选择吸收也发生了改变.人们已根据这一点,制成了变色涂料等物质.另外,如溶剂、荧光等也会影物质的颜色,这里不再赘述.
相关连接：
http://study.tzvec.com/6/20031121050628.htm
http://www.cpenet.org.cn/cpe_jc/fzkj/8_1/optics/yanse.htm
http://www.mcjh.tp.edu.tw/education/chen1/05砰肃〔.ppt