關于“當綠光照射到黃色物體表面”的報告

摘要：當一種有色光照射到另一種有色物體表面上，人眼感知的顏色由什么決定呢?本文僅對單一有色光(綠光)照射到有色物體(黃色物體)表面時，利用三原色理論進行分析，并且在此基礎上尋求實驗驗證。在實驗驗證階段，在觀測手段方面取得了突破，從而為光的三原色理論提供了又一支持。

關鍵詞：光的三原色；顏料的三原色；反射；感知；自然光

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003—6148(2011)9IS)-0047—3

1 課題的確定

(1)課題來源：人們習慣于白色的自然光環境中的物體顏色，把在白光照射下該物體看上去的色調描述為該物體的顏色。那么，在自然光環境中呈現的黃色物體，置于綠光的環境下，它將呈現什么顏色呢，黃色、綠色、黃色和綠色混合的顏色或是其它顏色?

(2)觀測手段的確定：在現階段，要求在不定量到測定色光的波長及其強度的情況，僅限于肉眼觀測得出結論。

(3)為研究方便，需要確定有色光和有色物體的顏色。首先需要把光的三原色與顏料的三原色需要區別開來。

顏料的三原色一般出現在調色領域以及印刷領域中，而光的三原色則活躍在攝影等領域。顏料的三原色中，青色是指一般所說的天藍色，品紅是指一般所說的洋紅，玫瑰紅。在早期的印刷廠里一般工人將青稱為藍，將品紅稱為紅。這就造成了印刷三色通常被稱為：紅、黃、藍三色。見圖1。而這與光的三原色紅、綠、藍(見圖2)造成了混淆。

因此，有必要明確一個問題：顏料的三原色紅、黃、藍嚴格說應該分別為品紅、黃、青。

比較兩個系列的三原色，不難發現，光的三原色和顏料的三原色沒有重復的顏色。

為使問題簡化便于研究，將有色光鎖定為綠光，將有色物體鎖定為黃色物體，即將綠光照射黃色物體上。其中，有色光采用綠光的原因，是因為綠光為光的三原色之一；有色物體采用黃色物體的原因，是因為黃色為顏料的三原色之一。

2 理論分析

(1)光的三原色理論認為，在暗室中將等量的紅光和綠光相加產生黃光，等量的綠光和黃光相加產生青光，等量的紅光和黃光相加產生品紅光，等量的紅光、綠光、藍光三色相加即產生白光。如圖2所示。

由此可知，當等量的紅光和綠光進入人的眼睛時，人的眼睛感知為黃色光；當等量的紅光和黃光進入人的眼睛時，人眼感知為品紅色光；當等量的綠光和藍光進入人眼時，人眼感知為青色光；當等量的紅光、綠光和藍光同時進入人眼，人眼感知為白色光。

人們感知該物體存在的原因是，照射到該物體的光線被該物體反射，反射后的光線進入了人的眼睛。

如果將黃色物體置于暗室中，沒有光線照射到該物體上，沒有能夠被該物體反射的光線，談不上有光線進入人眼，人們就無法從視覺上感知該物體的存在，也就無法感知該物體的顏色。

(2)白色光照射到黃色物體表面的理論分析。

將黃色物體置于白色光的環境內，人們感知該物體為黃色的原因如下。光的三原色理論認為，白色光是由等量的紅光、綠光和、藍光相加而成。由圖1可知，等量的紅光和綠光相加產生黃色。人們感知到的黃色是等量的綠光和紅光相加進入了人眼睛，即該物體能反射等量的綠光和紅光，而紅光被該物體吸收了(見圖3)。可見，在白光下呈現黃色的物體，其呈現黃色的原因是該物體具有同時反射等量綠光和紅光的本領。即物體反射的光的顏色決定了該物體的顏色。

(3)綠色光照射到黃色物體表面的理論分析。

人們感知該物體的顏色還是決定于該物體所反射的光的顏色，即該物體反射的光的顏色，決定了人眼接收的光的顏色，人感知顏色為人眼接收的光的顏色。

由圖1可知，自光環境中呈現黃色的物體具有反射等量紅光和綠光的本領。在只有綠光的環境下，該物體則反射了綠光。由于沒有紅光照射到該物體上，該物體盡管具有反射紅光的本領，但是沒有紅光可以用來被該物體反射。結果是，該物體只反射照射到它表面的綠光，被它反射的綠光進入人的眼睛，人感知該物體呈現的顏色為綠色。

3 實驗驗證

(1)實驗設計

在暗室的環境中，將綠色光照射到白屏上，在綠色光源和白屏之間放一黃色物體，用眼睛感知綠色光經黃色物體反射后進人人眼的光的顏色。原理見圖4。

需要說明的是，實驗條件選擇在暗室中進行，是為了確保排除來自太陽光以及周圍的干擾光線。

(2)實驗條件的創設及改進：

①黃色物體的確定：確定依據：理論上要求該物體能同時反射紅光和綠光，即在白色自然光的環境下，不偏向于品紅色，也不偏向于青色。

確定黃色物體的過程：

a.日常生活中的黃色物體，不易界定顏色，此方案不可取；

b.彩筆中的黃色彩筆(見圖5)。偏向于黃色的彩筆顏色相對接近，肉眼無法辨別哪個顏色滿足要求，當色光照射時，使反射的顏色種類更多，從而使問題更加復雜。此方案不可取。

c.打印機直接打印到白紙上得顏料的三原色圖(如圖1)，得到的黃色顏料可靠性強。此方案可取。

②綠光的確定

確定依據：取該光與等量的其它兩種原色光紅光和藍光分別相加，觀察相加后的顏色分別為黃色和青色；取該光與等量的紅光和藍光同時相加，相加后的顏色肉眼觀察為白色。即可認為該光為理想的綠光。

綠光的具體來源：來自于實驗室的光的合成演示儀，見圖6。

(3)人眼感知的顏色的界定方法及改進辦法。

①按照設計方案進行，實際過程中遇到了一些困難。

a.遇到的困難：先將綠光照射到白屏上，然后將黃色物體放置在綠色光和白屏之間，眼睛觀察“黃色物體”，這時人眼感知的顏色與直接照射到白屏上的顏色之間的關系無法確定。

6.分析其原因，人眼起初從白屏上看到的綠光，是由于反射到人眼的綠色光，該光與“黃色物體”反射的光之間進行比較，沒有可比性。一則，人眼有視覺暫留的效應，由于白屏和“黃色物體”在空間上有距離，使得觀察對象進行轉換時的觀察難度加大，不利于觀察。二則，由于人眼對黃光和綠光的敏感程度相差不多，在白光下觀察到的黃色物體的黃色與綠光照射”黃色物體”反射的綠色之間差別不大，使觀察難度加大。

②改進實驗方法。

a.改進目標：為克服以上困難，排除空間上的障礙，能夠同時觀察到照射到白屏上的綠光和照射到“黃色物體”反射的光。

b.具體改進措施：將原來的打印到白紙上的顏料的三原色圖(見圖1)改為光的三原色圖(見圖7)。從而得到了在一個平面內的符合要求的白色物體和黃色物體。

取圖7中的白色方框內的紅、綠兩色重疊的黃色部分和紅、綠、藍三色重疊的白色部分。

③改進后的現象及效果。

用綠光照射載有圖8圖案的紙張，發現白色與黃色的區域反射相同的顏色，而且白色和黃色之間的界線完全消失。當把該物置于自然光中，白色和黃色區域仍然清晰，容易區分。

④實驗結論：當綠光照射到白色物體和黃色物體上時，由于二者之間的界線已經消失，說明白色物體和黃色物體反射的光的顏色是一樣的，反射的光的顏色為綠光。即綠光照射到黃色物體上時，呈現的顏色為綠色。

至此，從理論和實驗兩個方面分別得到，綠光照射到黃色物體上，人眼感知為綠色。

(欄目編輯 陳潔)