LED光源三基色混色實驗方案

向雪芹

青少年在中學階段逐漸從具體（實體）運算階段進入形式（抽象）運算階段，物理學作為中學階段重要的基礎課程，其邏輯性和思維性要求較強，對培養青少年掌握抽象邏輯思維和對規則的演繹推理有重要作用.如何在教學過程中由實體現象引導學生理解抽象知識，是高中物理教學的一大難點.例如教材光學部分實際教學中，由于光譜學的物理概念抽象晦澀，而相關的實驗操作儀器復雜，學生在課堂中多只能通過書本或ppt圖片學習，對光譜及其原理缺乏直觀的認識，教學效率較低.

為此我們借鑒色度學和分光儀器原理，利用紅綠藍三種光譜顏色的發光二極管（LED）光源，自行設計了簡便易行的演示實驗用于課堂演示，可以使學生直觀的觀察到三基色相加混合產生不同色彩的效果.本教具能加深學生對光譜學知識的理解，同時激發學生探索物理學原理的興趣.

1實驗方案

三基色混合實驗需要使用紅綠藍三種光譜顏色光源.根據色度學原理，所有顏色均可由紅（700 nm）、綠（546 nm）、藍（435 nm）三種顏色混合相加生成，這三種顏色被稱為三基色.

將紅、綠、藍3個光源通過調焦投射在白色墻面或白紙上，使之在投射面上形成3個顏色的圓形光斑.調整光源入射角度，使投射面上的圓形光斑逐漸重疊，形成如

便可以在光斑重疊區域看到光譜混合出來的，包括白色在內的多種顏色.例如紅色光斑與綠色光斑重疊區變為黃色，紅色與藍色光斑重疊區變為品（紫）色.

同時我們還可以觀察到顏色的補色：當一定量的顏色A與顏色B 可相加混合成白色時，我們說顏色A與顏色B互為補色.例如，從圖1中可以看到：紅+青=白， 紅、青互為補色；綠+品=白，綠、品互為補色； 藍+黃=白，黃、藍互為補色.

2儀器選擇

傳統的三色光源是采用標準白光光源加紅綠藍三色濾色鏡得到，光源的光譜特性由濾色鏡保證，實驗中需要的光學元件多，實驗光路較復雜，不適應中學課堂演示.為此我們選擇新型光源——發光二極管 （LED）作為三基色光源.與白熾鎢燈泡及普通熒光節能燈相比，LED以其體積小、發熱量低、耗電量小等諸多優點被廣泛應用.

紅光LED的峰值波長約為 629 nm，綠光LED的峰值波長約為 511 nm，藍光LED的峰值波長為約458 nm，與三基色要求的光譜波長基本接近，可以滿足三基色混色實驗的要求.

由于目前市場上能夠很容易買到包含調節透鏡組的LED光源電筒，可以進一步簡化實驗設備，很容易的在投射屏上投射出合適大小的光圈.圖3為LED光源電筒光圈效果，這大大降低了混色演示實驗操作難度.

本文介紹了通過紅綠藍三色LED光源實現三種顏色光混色演示，實驗光路簡單易行、成本低廉、現象清晰.采用課堂演示，豐富了光譜學實驗的內容.讓學生不僅用心聽，還可以用眼睛看、用手操作，有利于學生開動頭腦思考并培養學生的觀察力.