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不同波长的辐射引起人们的不同色彩感觉。英国科学家牛顿在1666年发现,把太阳光经过三棱镜折射,然后投射到白色屏幕上,会显出一条象彩虹一样美丽的色光带谱,从红开始,依次接临的是橙、黄、绿、青、蓝、紫七色。如图2-2所示。这是因为日光中包含有不同波长的辐射能,在它们分别刺激我们的眼睛时,会产生不同的色光,而它们混合在一起并同时刺激我们的眼睛时,则是白光,我们感觉不出它们各自的颜色。但是,当白光经过三棱镜时,由于不同波长的折射系数不同,折射后投影在屏上的位置也不同,所以一束白光通过三棱镜便分解为上述七种不同的颜色,这种现象称为色散。从图2-2中可以看到红色的折射率最小,紫色最大。这条依次排列的彩色光带称为光谱。这种被分解过的色光,即使再一次通过三棱镜也不会再分解为其它的色光。我们把光谱中不能再分解的色光叫做单色光。由单色光混合而成的光叫做复色光,自然界的太阳光,白炽灯和日光灯发出的光都是复色光。色散所产生的各种色光的波长如表2-1所示。
光色波长λ(nm)代表波长
红(Red)780~630700
橙(Orange)630~600620
黄(Yellow)600~570580
绿(Green)570~500550
青(Cyan)500~470500
蓝(Blue)470~420470
光通过三棱镜发生色散的原理如下:
1.光的色散:
光是一种电磁波,不同颜色的光波具有不同的波长。当光线从一种介质(如空气)进入另一种介质(如玻璃或水晶)时,光的速度会发生改变。由于不同波长的光在介质中的传播速度不同,导致光波的弯曲程度也不同,从而引发色散现象。
2.三棱镜的结构:
三棱镜是一种三棱形的透明光学元件,通常由光密介质(如玻璃)制成。当光线通过三棱镜时,会发生折射和色散。
3.折射和色散的过程:
折射现象:光线从空气(光疏介质)进入三棱镜时,会发生折射。折射是指光线在通过不同密度介质时改变传播方向的现象。根据折射定律,光线在通过三棱镜的表面时发生弯曲。
色散现象:不同波长的光在介质中的折射程度不同,导致光的分离。这个分离的过程就是色散。由于不同波长的光被分散成不同的角度,不同颜色的光在通过三棱镜后呈现出彩虹色的效果。
4.折射角和色散角的关系:
折射角:是指光线从空气进入三棱镜后相对于法线的折射角度。
色散角:是指在三棱镜内,不同波长的光线由于折射而分散出去的角度。由于不同波长的光在介质中的折射率不同,它们在三棱镜内的折射角度也不同,形成了分散的光谱。
5.产生光谱:
当白光通过三棱镜时,三棱镜将不同波长的光分散成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色,形成一个连续的光谱。这是因为不同颜色的光在三棱镜中的折射角度不同,产生了色散效应。
6.应用与实验:
光谱分析:通过三棱镜的色散效应,科学家可以进行光谱分析,了解物质的组成和性质。
天文学观测:天文学家使用光谱仪通过三棱镜分析星光,从中获取有关天体组成、温度、运动等信息。
光学仪器:三棱镜广泛应用于光学仪器中,如相机、望远镜等,以进行色散效应的利用。
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