光的色散

你知道嗎，我們所熟悉的太陽(yáng)光其實(shí)是由各種顏色的光復(fù)合而成的，其本質(zhì)是波長(zhǎng)為380nm至780nm的電磁波？

當(dāng)電磁波在真空中傳播時(shí)，其波長(zhǎng)與頻率的乘積是固定的，為3×108m/s，就是光速。也就是說(shuō)，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越低。而光本身是沒(méi)有顏色的，我們所看到的“紅光”或“藍(lán)光”其實(shí)是人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的光的不同感覺(jué)。

當(dāng)光從一種透明介質(zhì)斜射入另一種透明介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生偏折，不同頻率的光偏折程度不同，這樣它們就會(huì)分解開(kāi)來(lái)，即發(fā)生色散現(xiàn)象。彩虹就是一種色散現(xiàn)象，我們可以在雨后的天空、瀑布等場(chǎng)景中看到彩虹。早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就有對(duì)彩虹的記載，到唐代還有人用噴水的方法來(lái)制造彩虹，在《玄真子》中有“背日噴乎水成虹霓之狀”的記載。

真正開(kāi)始通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究光的色散現(xiàn)象的是科學(xué)家牛頓。1666年初，他用三棱鏡將折射的太陽(yáng)光投射到白色的墻上，發(fā)現(xiàn)出射光按照紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色排布。他將這種按顏色排布的光帶命名為光譜。

準(zhǔn)備一個(gè)三棱鏡，調(diào)整角度，讓太陽(yáng)光從棱鏡的一個(gè)側(cè)面射入，從另一個(gè)側(cè)面射出，如圖1所示，我們很容易就能觀察到光的色散現(xiàn)象。那么，如果使用兩個(gè)三棱鏡又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？如圖2所示，我們可以看到部分色光發(fā)生了更復(fù)雜的折射現(xiàn)象，而部分色光又復(fù)合成了白光。

如果沒(méi)有三棱鏡，我們也可以將平面鏡放入水中來(lái)做光的色散實(shí)驗(yàn)。如圖3所示，將平面鏡的鏡面朝上斜插在裝有水中的容器中，這樣鏡面上方的水就變成了“水棱鏡”。太陽(yáng)光首先經(jīng)過(guò)“水棱鏡”發(fā)生色散，色散光經(jīng)平面鏡反射后又從水中進(jìn)入空氣中。如圖4所示，調(diào)整平面鏡角度，我們就能在水面上方的光屏上看到彩色的光帶了。

利用“水棱鏡”做光的色散實(shí)驗(yàn)時(shí)，水面的微小晃動(dòng)都能在光屏上顯現(xiàn)出來(lái)，陽(yáng)光的角度也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。其實(shí)，其中的光路并不復(fù)雜，同學(xué)們能幫我把光路畫(huà)出來(lái)嗎？

（指導(dǎo)教師：張軍）