当前位置: 刻度器 >> 刻度器前景 >> 初中物理用混色器观察三原色光合成的五
一、实验背景
在人教版《物理八年级上册》中第四章光现象-第5节光的色散中,我们学习了白光不是单一色光,而是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七中颜色光组成的。
年,牛顿利用在家休假期间,找来了一块三棱镜,用来进行分解太阳光的色散实验。他布置了一个房间作为暗室,只在窗板上开一个圆形小孔,让太阳光射入,在小孔面前放一块三棱镜,立刻在对面墙上看到了鲜艳的像彩虹一样的七彩色带,这七种颜色由近及远依次排列为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。这就是著名的光的色散实验。透明介质对不同颜色的光折射的程度(折射率)不同,所以经过折射后导致白光中各种颜色的光被分开,就形成了一道光谱。
在生活中,我们常见的雨后天晴的彩虹就是由于太阳光照射到小水珠上,就如同一束光照射到了三棱镜上产生了折射,从而有了七彩的彩虹。
一束白光可以被分解为七种色光,那么是否可以再合成为白光?牛顿在在分解白光后又做了逆实验——牛顿想,如果白光是其中颜色的光组成的,一块三棱镜能把白光分解,那么再用一块棱镜也可能使这些颜色的光复原为白光,实验成功了,七色光带又变成了白光——被分解后的色光也可以混合在一起成为白光。
白光被分成了7色,7色光又变成了白光。但是有没有几种颜色的光是最基础的,它能组合成千万种颜色的光,构成我们变幻多彩的视觉体验呢?
老式彩色电视机的荧光屏,可以显示丰富多彩的影像色彩。它是如何发出这么多种颜色的光的呢?
让我们先观察一下,破裂的或者出现故障彩电屏幕,是不是总是会出现特定集中色彩的色光条纹?
这些颜色有什么规律和特点?这和颜色简单的色光与彩电能发出千万种丰富的色彩有关系吗?我们是否来进行实验验证呢?
二、实验原理与目的
刚才我们发现破裂的或者出故障的彩电屏幕发出一些特定色彩的光,其中最突出的就是红、绿、蓝色的光。
这就和我们另外一个非常重要的知识点相关了——红、绿、蓝就是色光的三原色。彩电屏幕上有成千上万个密集的红、绿、蓝小色点,它们的亮度比例不同时,屏幕上该部位的颜色就不同,从而有成千上万的色彩产生。
我们可以在生活中可轻而易举观察到一束白光被分解成七色光的现象,通过三棱镜做出简单易得的光的色散实验,但是色光的合成的现象通常难以直接观察到,实验通常也无法轻易实现。
为了让学生亲自验证三原色的原理,深刻理解这一原理的动态表现与应用效果,我们可以借助混色器套件与轨道来开展实验。
三、实验过程
1.实验器材
(1)混色器套件:①光源——红、绿、蓝LED灯,可调节开关和亮度;②凸透镜,用来将光源的光放大成像到显示屏上;③显示屏,分为白色面和彩点两面。
(2)带刻度的轨道:用来固定混色器套件,调试物距与像距。
2.实验过程
(1)将光源、凸透镜(焦距20cm)、显示屏固定在轨道上。光源红、绿、蓝LED灯,发出互不交叉的3束光,如果直接射到光屏上,是3个色光的点,互不干扰。所以我们需要根据凸透镜成像原理,调整好物距、像距,让白色显示屏上的三种颜色的光都能清晰显示并相互交叉。
(2)把光源亮度均调整至最亮,让3种色光相互交叉,观察叠加的效果。
(3)把光源亮度均调整至最亮,让任意2种色光相互交叉,观察叠加的效果。
双色混合
(4)把光源亮度均调整至最亮,让3种色光相互交叉。用笔在光源和凸透镜之间或者凸透镜和显示屏之间产生遮挡,观察遮挡阴影叠加造成的多彩撞色效果。
(5)把光源亮度均调整至最亮,显示屏换成第二面——黑白两块区域,分别有各种颜色的点。先同时打开3色光源,观察色光叠加的同时,照射在黑白彩电屏幕上,观察叠加效果;再分别让红、绿、蓝色光源依次照射在显示屏上,观察叠加的效果。
四、实验现象与数据分析
通过刚才的几组实验,我们发现:
(1)红、绿、蓝三种颜色的光共同叠加后就变成了白光;
(2)它们相互交叉的部分又组合成了多种不同的颜色,比如红蓝相间产生紫光,红绿相间产生黄光,绿蓝相间产生青光。如果再改变色光的亮度比例,颜色也会产生差异;
(3)当不同颜色的光照射到黑白彩点的显示屏上时,由于光的吸收与反射,同样会产生色彩叠加的混色效果,产生五彩斑斓的颜色。
五、拓展思考
1.图像处理软件中的RGB是什么意思?与三原色有关吗?
RGB是代表红(Red)、绿Green)、蓝(Blue)三个通道的颜色,RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准,三个颜色通道的变化与相互叠加来得到各式各样的颜色,是运用最广的颜色系统之一。
(RGB)
2.美术中的“三原色”——红、黄、蓝
三基色一般指的是颜料三原色,在纯白光照射下颜色为品红(Magenta)、黄(Yellow)、青(Cyan),加上黑色K,简称CMYK模式。
颜料本身不发光,靠反光被视觉感知。由于材料吸收特定波段的光,所以只有不被吸收的部分光反射了回来。比如用白光照射红苹果,只有红光被反射回来,其他光被吸收了,所以我们看到的是红苹果。如果用绿光照射红苹果,没有红光被反射,只有绿光被吸收,从而看到的苹果呈黑色。
之所以有K(黑色颜料),是因为仅靠堆叠CMY三色,吸收的光线不够多,人眼会判断为灰色。要叠加到变成纯黑过于浪费颜料,所以人为添加了一种全波段吸收率极强的颜料作为黑色。
CMYK模式是一种颜料模式,所以它属于印刷模式,但本质上与RGB模式没有区别,只是产生颜色的方式不同。RGB为相加混色模式,CMYK为相减混色模式。例如,显示器采用RGB模式,就是因为显示器是电子光束轰击荧光屏上的荧光材料发出亮光从而产生颜色。当没有光的时候为黑色,光线加到最大时为白色。而打印机呢?它的油墨不会自己发出光线。因而只有采用吸收特定光波而反射其它光的颜色,所以需要用减色法来解决。
感兴趣的小伙伴,可以拿出颜料和调色盘,尝试基础颜色混合后的效果。找出色彩混合与调试的规律,比如调试出流行的“莫兰迪色系”!
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