芒果视频

介質

光(guang)(guang)的(de)(de)(de)色(se)散(san)需要有(you)能折(zhe)射光(guang)(guang)的(de)(de)(de)介(jie)質(zhi)，介(jie)質(zhi)折(zhe)射率(lv)隨光(guang)(guang)波頻率(lv)或(huo)真(zhen)空中的(de)(de)(de)頻率(lv)而變。當(dang)復色(se)光(guang)(guang)在介(jie)質(zhi)界面上折(zhe)射時，介(jie)質(zhi)對(dui)不(bu)同頻率(lv)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)有(you)不(bu)同的(de)(de)(de)折(zhe)射率(lv)，各色(se)光(guang)(guang)因所形成的(de)(de)(de)折(zhe)射角不(bu)同而彼此分離(li)。1672年(nian)，牛頓利(li)用三棱鏡將太陽光(guang)(guang)分解(jie)成彩色(se)光(guang)(guang)帶，這(zhe)是人們首次作的(de)(de)(de)色(se)散(san)實驗。通常介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)折(zhe)射率(lv)n或(huo)色(se)散(san)率(lv)與頻率(lv)的(de)(de)(de)關系來(lai)描(miao)述色(se)散(san)規律。任何介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)色(se)散(san)均可分正常色(se)散(san)和反常色(se)散(san)兩種。

光波

光的色散當然還要有光波。光波都有一定的頻率，光的顏色是由光波的(de)頻(pin)率(lv)決(jue)定的(de)，在(zai)可見(jian)光(guang)區(qu)域，紅光(guang)頻(pin)率(lv)最小(xiao)(xiao)(xiao)，紫光(guang)的(de)頻(pin)率(lv)最大(da)(da)，各種頻(pin)率(lv)的(de)光(guang)在(zai)真空中(zhong)(zhong)傳播的(de)速(su)(su)度(du)(du)都(dou)相同(tong)，約等于3.0×108m/s。但是不(bu)(bu)同(tong)頻(pin)率(lv)的(de)單色光(guang)，在(zai)介(jie)質(zhi)(zhi)中(zhong)(zhong)傳播時由于與介(jie)質(zhi)(zhi)相互(hu)作用，傳播速(su)(su)度(du)(du)都(dou)比在(zai)真空中(zhong)(zhong)的(de)速(su)(su)度(du)(du)小(xiao)(xiao)(xiao)，并且速(su)(su)度(du)(du)的(de)大(da)(da)小(xiao)(xiao)(xiao)互(hu)不(bu)(bu)相同(tong)。介(jie)質(zhi)(zhi)對紅光(guang)的(de)折射(she)率(lv)小(xiao)(xiao)(xiao)，對紫光(guang)的(de)折射(she)率(lv)大(da)(da)。當(dang)不(bu)(bu)同(tong)色光(guang)以相同(tong)的(de)入(ru)射(she)角射(she)到(dao)三棱鏡上，紅光(guang)發生的(de)偏(pian)折最少，它(ta)在(zai)光(guang)譜中(zhong)(zhong)處在(zai)靠近頂角的(de)一(yi)端(duan)。紫光(guang)的(de)頻(pin)率(lv)大(da)(da)，在(zai)介(jie)質(zhi)(zhi)中(zhong)(zhong)的(de)折射(she)率(lv)大(da)(da)，在(zai)光(guang)譜中(zhong)(zhong)也(ye)就排列在(zai)最靠近棱鏡底邊的(de)一(yi)端(duan)。

基本原理

在光(guang)學中，將復色光(guang)分解成單色光(guang)的過程，叫光(guang)的色散。

由(you)兩(liang)(liang)種或兩(liang)(liang)種以(yi)上(shang)的(de)(de)單(dan)色(se)光(guang)組(zu)成的(de)(de)光(guang)（由(you)兩(liang)(liang)種或兩(liang)(liang)種以(yi)上(shang)的(de)(de)頻(pin)率組(zu)成的(de)(de)光(guang)），稱為(wei)復(fu)色(se)光(guang)。不(bu)能再分(fen)解(jie)的(de)(de)光(guang)（只有一種頻(pin)率），稱為(wei)單(dan)色(se)光(guang)。

注：眼睛的(de)(de)色覺細(xi)(xi)胞接收(shou)到不同頻率的(de)(de)可見光時，感覺到的(de)(de)顏色不同，顏色是(shi)不同頻率的(de)(de)光對色覺細(xi)(xi)胞的(de)(de)刺激而(er)產(chan)生的(de)(de)。）

一般讓白光(guang)(guang)(guang)(guang)（復色光(guang)(guang)(guang)(guang)）通過(guo)三棱鏡(jing)就能產(chan)(chan)生光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)色散。對(dui)同一種介(jie)質，光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)頻(pin)率(lv)(lv)越(yue)高，介(jie)質對(dui)這(zhe)種光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)折射率(lv)(lv)就越(yue)大(da)。在可見光(guang)(guang)(guang)(guang)中，紫(zi)(zi)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)頻(pin)率(lv)(lv)最(zui)(zui)(zui)高，紅(hong)光(guang)(guang)(guang)(guang)頻(pin)率(lv)(lv)最(zui)(zui)(zui)小(xiao)。當白光(guang)(guang)(guang)(guang)通過(guo)三棱鏡(jing)時，棱鏡(jing)對(dui)紫(zi)(zi)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)折射率(lv)(lv)最(zui)(zui)(zui)大(da)，光(guang)(guang)(guang)(guang)通過(guo)棱鏡(jing)后，紫(zi)(zi)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)偏(pian)折程度最(zui)(zui)(zui)大(da)，紅(hong)光(guang)(guang)(guang)(guang)偏(pian)折程度最(zui)(zui)(zui)小(xiao)。這(zhe)樣，三棱鏡(jing)將不同頻(pin)率(lv)(lv)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)分開，就產(chan)(chan)生了(le)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)色散。

復(fu)色(se)光(guang)(guang)分解為單(dan)色(se)光(guang)(guang)而形成(cheng)光(guang)(guang)譜的現象(xiang)叫做光(guang)(guang)的色(se)散。（白光(guang)(guang)散開(kai)后(hou)單(dan)色(se)光(guang)(guang)從上到下(xia)依(yi)次(ci)為“紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色(se)。）

色散可以利用(yong)三(san)棱鏡或光(guang)柵等作為(wei)“色散系統(tong)”的儀器來實現。將顏(yan)色按一(yi)(yi)定順(shun)序排列形成(cheng)光(guang)譜(pu)(pu)(pu)(pu)。光(guang)譜(pu)(pu)(pu)(pu)（spectrum）是復色光(guang)經(jing)過(guo)色散系統(tong)（如(ru)棱鏡、光(guang)柵）分(fen)光(guang)后(hou)，被色散開的單色光(guang)按頻(pin)率（或波長）大小而依(yi)次排列的圖案，全稱為(wei)光(guang)學頻(pin)譜(pu)(pu)(pu)(pu)。光(guang)譜(pu)(pu)(pu)(pu)中(zhong)最大的一(yi)(yi)部分(fen)可見(jian)光(guang)譜(pu)(pu)(pu)(pu)是電磁波譜(pu)(pu)(pu)(pu)中(zhong)人眼可見(jian)的一(yi)(yi)部分(fen)，在(zai)這(zhe)個頻(pin)率范圍內(nei)的電磁輻射被稱作可見(jian)光(guang)。光(guang)譜(pu)(pu)(pu)(pu)并沒有包含人類大腦(nao)視覺所(suo)能區(qu)別的所(suo)有顏(yan)色，譬如(ru)褐色和粉紅色。

法國數(shu)學家(jia)柯西發現折(zhe)射率和光頻的關系，可(ke)以用(yong)一個級數(shu)表(biao)示：

n(f)=a+bf2+cf4。

其中(zhong)a，b，c是三個(ge)柯西(xi)色散系(xi)數(shu)，因(yin)不(bu)(bu)同(tong)的(de)物(wu)質而不(bu)(bu)同(tong)。只須測(ce)定三個(ge)不(bu)(bu)同(tong)的(de)頻(pin)(pin)率下(xia)的(de)折(zhe)射(she)率n(f)，代入柯西(xi)色散公(gong)式(shi)中(zhong)可得(de)到三個(ge)聯(lian)立方程式(shi)，解(jie)這(zhe)組聯(lian)立方程式(shi)就可以得(de)到這(zhe)物(wu)質的(de)三個(ge)柯西(xi)色散系(xi)數(shu)。有了三個(ge)柯西(xi)色散系(xi)數(shu)，就可以計(ji)算出其他頻(pin)(pin)率下(xia)的(de)折(zhe)射(she)率不(bu)(bu)需要再測(ce)量。

除了(le)柯西色散(san)公式(shi)(shi)之外，還有其他(ta)的色散(san)公式(shi)(shi)。如Hartmann色散(san)公式(shi)(shi)、Conrady色散(san)公式(shi)(shi)、Hetzberger色散(san)公式(shi)(shi)等。

復(fu)色(se)(se)光(guang)分解為(wei)單色(se)(se)光(guang)的(de)現象叫(jiao)光(guang)的(de)色(se)(se)散(san)。牛(niu)頓(dun)在1666年最先利用三棱鏡觀(guan)察到(dao)光(guang)的(de)色(se)(se)散(san),把白(bai)光(guang)分解為(wei)彩(cai)色(se)(se)光(guang)帶（光(guang)譜）。色(se)(se)散(san)現象說明光(guang)在介質(zhi)中的(de)速度v（或光(guang)的(de)色(se)(se)散(san)折射(she)率n=c/v）隨光(guang)的(de)頻率f而變。光(guang)的(de)色(se)(se)散(san)可以(yi)用三棱鏡、衍(yan)射(she)光(guang)柵、干涉(she)儀等來(lai)實現。

白光(guang)是由(you)(you)紅、橙、黃(huang)、綠(lv)、藍、靛、紫等各種色(se)(se)光(guang)組(zu)成的(de)(de)，由(you)(you)單(dan)色(se)(se)光(guang)混合而成的(de)(de)光(guang)叫(jiao)做(zuo)復色(se)(se)光(guang)。不能(neng)再分解的(de)(de)色(se)(se)光(guang)叫(jiao)做(zuo)單(dan)色(se)(se)光(guang)。

色(se)散(san)可以利用棱鏡或光柵等作(zuo)為(wei)“色(se)散(san)系(xi)統(tong)”的(de)儀器來實現(xian)。

光的三基色：紅，綠，藍

另(ling)外(wai)，我們看(kan)的(de)(de)電(dian)(dian)視的(de)(de)熒光粉也是這種組合，你(ni)到彩(cai)電(dian)(dian)跟前看(kan)看(kan)CRT就是這樣，不過別看(kan)你(ni)面前電(dian)(dian)腦的(de)(de)監視器，他的(de)(de)像素點太小了，肉眼分辨不出來(lai)的(de)(de)。RGB這三種顏色(se)的(de)(de)組合，幾乎形成(cheng)所有(you)的(de)(de)顏色(se)。

紅(hong)，綠，藍被(bei)稱(cheng)(cheng)為(wei)光的“三(san)原(yuan)色(se)(se)(se)”，是因為(wei)自然界紅(hong)、綠、藍三(san)種顏(yan)色(se)(se)(se)是無法用其它(ta)顏(yan)色(se)(se)(se)混合而(er)成(cheng)的，而(er)其他顏(yan)色(se)(se)(se)可以通過紅(hong)、綠、藍光的適當混合而(er)得到的，因此紅(hong)、綠、藍三(san)種顏(yan)色(se)(se)(se)被(bei)稱(cheng)(cheng)為(wei)光的“三(san)原(yuan)色(se)(se)(se)”。

當復色(se)(se)光(guang)在(zai)介(jie)質(zhi)界(jie)面上(shang)折射(she)時，介(jie)質(zhi)對不同(tong)頻(pin)率(lv)(lv)的光(guang)有不同(tong)的折射(she)率(lv)(lv)，各色(se)(se)光(guang)會(hui)因折射(she)角不同(tong)而彼此分(fen)離。1672年，牛(niu)頓(dun)利用三棱鏡將(jiang)色(se)(se)散太陽光(guang)分(fen)解成彩色(se)(se)光(guang)帶(dai)，這是人(ren)們首(shou)次作的色(se)(se)散實驗。通常(chang)(chang)用介(jie)質(zhi)的折射(she)率(lv)(lv)n或色(se)(se)散率(lv)(lv)與頻(pin)率(lv)(lv)的關系來描述色(se)(se)散規(gui)律。任何介(jie)質(zhi)的色(se)(se)散均可分(fen)正(zheng)常(chang)(chang)色(se)(se)散和(he)反(fan)常(chang)(chang)色(se)(se)散兩種。

復色(se)(se)光(guang)(guang)(guang)(guang)分(fen)解(jie)為(wei)單色(se)(se)光(guang)(guang)(guang)(guang)而(er)形成光(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)的(de)(de)現象。讓(rang)一(yi)束白(bai)光(guang)(guang)(guang)(guang)射到玻璃(li)棱(leng)鏡(jing)上(shang)，光(guang)(guang)(guang)(guang)線經(jing)過棱(leng)鏡(jing)折射以后(hou)就(jiu)在另一(yi)側(ce)面的(de)(de)白(bai)紙(zhi)屏上(shang)形成一(yi)條彩(cai)色(se)(se)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)帶，其顏色(se)(se)的(de)(de)排列是(shi)靠近(jin)棱(leng)鏡(jing)頂角端(duan)(duan)是(shi)紅色(se)(se)，靠近(jin)底邊的(de)(de)一(yi)端(duan)(duan)是(shi)紫色(se)(se)，中間(jian)依次是(shi)橙黃(huang)綠藍靛，這樣(yang)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)帶叫光(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)。光(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)中每一(yi)種色(se)(se)光(guang)(guang)(guang)(guang)不能(neng)再分(fen)解(jie)出其他色(se)(se)光(guang)(guang)(guang)(guang)，稱它為(wei)單色(se)(se)光(guang)(guang)(guang)(guang)。由單色(se)(se)光(guang)(guang)(guang)(guang)混合而(er)成的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)叫復色(se)(se)光(guang)(guang)(guang)(guang)。自然界(jie)中的(de)(de)太(tai)陽光(guang)(guang)(guang)(guang)、白(bai)熾電燈和(he)日光(guang)(guang)(guang)(guang)燈發(fa)出的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)都是(shi)復色(se)(se)光(guang)(guang)(guang)(guang)。在光(guang)(guang)(guang)(guang)照到物體上(shang)時，一(yi)部分(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)被物體反射，一(yi)部分(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)被物體吸(xi)(xi)收。如(ru)果(guo)物體是(shi)透(tou)(tou)明的(de)(de)，還有一(yi)部分(fen)透(tou)(tou)過物體。不同(tong)(tong)物體，對不同(tong)(tong)顏色(se)(se)的(de)(de)反射、吸(xi)(xi)收和(he)透(tou)(tou)過的(de)(de)情況不同(tong)(tong)，因此呈現不同(tong)(tong)的(de)(de)色(se)(se)彩(cai)。

光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)波都有(you)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)，光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)顏色是(shi)由光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)波的(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)決定的(de)(de)(de)(de)(de)，在(zai)(zai)(zai)可見(jian)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)區域，紅光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)頻(pin)(pin)率(lv)最小(xiao)，紫(zi)(zi)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)最大，各種(zhong)頻(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)在(zai)(zai)(zai)真空中傳播的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度都相同，等(deng)于(yu)3.0×108m/s。但(dan)是(shi)不同頻(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)單色光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)，在(zai)(zai)(zai)介(jie)(jie)質(zhi)(zhi)中傳播時(shi)由于(yu)與(yu)介(jie)(jie)質(zhi)(zhi)相互作(zuo)用，傳播速(su)度都比在(zai)(zai)(zai)真空中的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度小(xiao)，并且速(su)度的(de)(de)(de)(de)(de)大小(xiao)互不相同。介(jie)(jie)質(zhi)(zhi)對(dui)紅光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)折(zhe)射(she)(she)率(lv)小(xiao)，對(dui)紫(zi)(zi)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)折(zhe)率(lv)大。當不同色光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)以(yi)相同的(de)(de)(de)(de)(de)入(ru)射(she)(she)角射(she)(she)到三棱鏡上，紅光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)發生的(de)(de)(de)(de)(de)偏折(zhe)最少，它在(zai)(zai)(zai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜中處在(zai)(zai)(zai)靠近頂角的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)端。紫(zi)(zi)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)大，在(zai)(zai)(zai)介(jie)(jie)質(zhi)(zhi)中的(de)(de)(de)(de)(de)折(zhe)射(she)(she)率(lv)大，在(zai)(zai)(zai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜中也就排列(lie)在(zai)(zai)(zai)最靠近棱鏡底邊的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)端。

夏天雨后，在朝(chao)著(zhu)(zhu)太陽(yang)那(nei)一邊的天空上，常(chang)常(chang)會出現(xian)彩色的圓弧(hu)，這就是虹(hong)。形成虹(hong)的原因就是下(xia)雨以后，天上懸浮著(zhu)(zhu)很多極小的水滴(di)，太陽(yang)光沿著(zhu)(zhu)一定角度射(she)入，就在這些小水滴(di)中(zhong)發生(sheng)了色散，朝(chao)著(zhu)(zhu)小水滴(di)看(kan)過去(qu)，就會出現(xian)彩色的虹(hong)。虹(hong)的顏(yan)色是紅色在外，紫色在內，依次排列。

歷史研究

中國古代

中(zhong)國古代對光的(de)色(se)散現(xian)象(xiang)的(de)認(ren)(ren)識最(zui)早起(qi)源于對自然色(se)散現(xian)象(xiang)——虹的(de)認(ren)(ren)識。虹，是太陽光沿著一(yi)定角度射入(ru)空氣中(zhong)的(de)水滴所(suo)引起(qi)的(de)比較復雜的(de)由折射和反(fan)射造成的(de)一(yi)種色(se)散現(xian)象(xiang)。

中(zhong)(zhong)(zhong)國早在(zai)(zai)(zai)殷(yin)代(dai)甲骨文(wen)里就(jiu)有(you)(you)了關于虹(hong)(hong)(hong)(hong)的(de)(de)(de)(de)(de)記載。當時(shi)把(ba)(ba)“虹(hong)(hong)(hong)(hong)”字寫成(cheng)“絳”。戰國時(shi)期《楚辭》中(zhong)(zhong)(zhong)有(you)(you)把(ba)(ba)虹(hong)(hong)(hong)(hong)的(de)(de)(de)(de)(de)顏(yan)(yan)色(se)分(fen)為(wei)“五(wu)色(se)”的(de)(de)(de)(de)(de)記載。東漢(han)蔡邕（132~192年(nian)(nian)(nian)）在(zai)(zai)(zai)《月令章句》中(zhong)(zhong)(zhong)對虹(hong)(hong)(hong)(hong)的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)條(tiao)件和(he)(he)所(suo)在(zai)(zai)(zai)方(fang)位(wei)作了描述。唐(tang)初孔穎達（574~648年(nian)(nian)(nian)）在(zai)(zai)(zai)《禮記注(zhu)疏(shu)》中(zhong)(zhong)(zhong)粗略地揭示(shi)出(chu)虹(hong)(hong)(hong)(hong)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)學成(cheng)因(yin)：“若云薄(bo)漏日(ri)(ri)，日(ri)(ri)照雨滴(di)(di)則生虹(hong)(hong)(hong)(hong)”說明(ming)虹(hong)(hong)(hong)(hong)是(shi)太陽(yang)光(guang)照射(she)雨滴(di)(di)所(suo)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)一種(zhong)自然(ran)現象。公元(yuan)八世紀中(zhong)(zhong)(zhong)葉，張志和(he)(he)（744~773年(nian)(nian)(nian)）在(zai)(zai)(zai)《玄真子·濤之(zhi)靈》中(zhong)(zhong)(zhong)第(di)一次用實(shi)驗方(fang)法研究了虹(hong)(hong)(hong)(hong)，而且是(shi)第(di)一次有(you)(you)意識地進行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)白光(guang)色(se)散(san)實(shi)驗：“背日(ri)(ri)噴呼水(shui)成(cheng)虹(hong)(hong)(hong)(hong)霓之(zhi)狀，而不可(ke)直也(ye)，齊乎影也(ye)”。唐(tang)代(dai)以后，不斷有(you)(you)人(ren)重復類似的(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)驗，如南宋朝蔡卞進行(xing)了一個(ge)模擬“日(ri)(ri)照雨滴(di)(di)”的(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)驗，把(ba)(ba)虹(hong)(hong)(hong)(hong)和(he)(he)日(ri)(ri)月暈現象聯系起(qi)來，有(you)(you)意說明(ming)虹(hong)(hong)(hong)(hong)的(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)生是(shi)一種(zhong)色(se)散(san)過(guo)程，并指出(chu)了虹(hong)(hong)(hong)(hong)和(he)(he)陽(yang)光(guang)位(wei)置之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)關系。南宋程大昌（1123~1195年(nian)(nian)(nian)）在(zai)(zai)(zai)《演繁(fan)露》中(zhong)(zhong)(zhong)記述了露滴(di)(di)分(fen)光(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)現象，并指出(chu)，日(ri)(ri)光(guang)通過(guo)一個(ge)液滴(di)(di)也(ye)能化(hua)為(wei)多種(zhong)顏(yan)(yan)色(se)，實(shi)際(ji)是(shi)色(se)散(san)，而這種(zhong)顏(yan)(yan)色(se)不是(shi)水(shui)珠(zhu)本身(shen)所(suo)具有(you)(you)，而是(shi)日(ri)(ri)光(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)顏(yan)(yan)色(se)所(suo)著，這就(jiu)明(ming)確指出(chu)了日(ri)(ri)光(guang)中(zhong)(zhong)(zhong)包(bao)含有(you)(you)數種(zhong)顏(yan)(yan)色(se)，經過(guo)水(shui)珠(zhu)的(de)(de)(de)(de)(de)作用而顯現出(chu)來，可(ke)以說，他(ta)已接觸到色(se)散(san)的(de)(de)(de)(de)(de)本質(zhi)了。

在(zai)我(wo)國(guo)從晉代開始，許多典籍都(dou)記載了晶體(ti)的(de)(de)(de)色(se)(se)(se)(se)散現(xian)(xian)象(xiang)(xiang)。如(ru)記載過(guo)孔雀毛(mao)及某種昆蟲(chong)表皮在(zai)陽光(guang)(guang)(guang)下不斷(duan)變色(se)(se)(se)(se)的(de)(de)(de)現(xian)(xian)象(xiang)(xiang)，云(yun)母片(pian)向日(ri)舉之(zhi)(zhi)可觀察到各種顏色(se)(se)(se)(se)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)。李時珍也曾(ceng)指出較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)六棱形水晶和較(jiao)小(xiao)的(de)(de)(de)水晶珠，都(dou)能(neng)形成色(se)(se)(se)(se)散。到了明末，方以(yi)智（1611~1671年）在(zai)所著《物理小(xiao)識(shi)》中(zhong)綜合(he)前(qian)(qian)人(ren)研究的(de)(de)(de)成果，對色(se)(se)(se)(se)散現(xian)(xian)象(xiang)(xiang)作(zuo)了極精彩(cai)的(de)(de)(de)概括，他把帶棱的(de)(de)(de)自(zi)然晶體(ti)和人(ren)工燒制的(de)(de)(de)三棱晶體(ti)將白光(guang)(guang)(guang)分成五(wu)(wu)(wu)色(se)(se)(se)(se)，與向日(ri)噴(pen)水而成的(de)(de)(de)五(wu)(wu)(wu)色(se)(se)(se)(se)人(ren)造虹、日(ri)光(guang)(guang)(guang)照射飛泉產(chan)生的(de)(de)(de)五(wu)(wu)(wu)色(se)(se)(se)(se)現(xian)(xian)象(xiang)(xiang)，以(yi)及虹霓之(zhi)(zhi)彩(cai)、日(ri)月(yue)之(zhi)(zhi)暈、五(wu)(wu)(wu)色(se)(se)(se)(se)之(zhi)(zhi)云(yun)等自(zi)然現(xian)(xian)象(xiang)(xiang)聯系起來，認(ren)(ren)為“皆同此(ci)理”即(ji)都(dou)是(shi)白光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)色(se)(se)(se)(se)散。所有這些都(dou)表明中(zhong)國(guo)明代以(yi)前(qian)(qian)對色(se)(se)(se)(se)散現(xian)(xian)象(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)本(ben)質已有了較(jiao)全(quan)面的(de)(de)(de)認(ren)(ren)識(shi)，但也反映(ying)中(zhong)國(guo)古代物理學(xue)知(zhi)識(shi)大(da)都(dou)是(shi)零散、經驗性的(de)(de)(de)知(zhi)識(shi)。

牛頓之前

在光(guang)學發展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)早期，對顏(yan)色(se)(se)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)解釋(shi)顯得特別困(kun)難(nan)。在牛(niu)頓(dun)以前，歐(ou)洲人對顏(yan)色(se)(se)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)認識流行(xing)著(zhu)亞里(li)士多(duo)德的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)觀點。亞里(li)士多(duo)德認為，顏(yan)色(se)(se)不(bu)(bu)是(shi)(shi)物(wu)體客觀的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性質(zhi)，而是(shi)(shi)人們主觀的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)感(gan)覺(jue)，一切顏(yan)色(se)(se)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成都(dou)是(shi)(shi)光(guang)明與黑(hei)暗、白與黑(hei)按比例混合(he)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)果。1663年波義(yi)耳也曾研究了(le)物(wu)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)問題，他(ta)認為物(wu)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)并不(bu)(bu)是(shi)(shi)屬于(yu)物(wu)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)帶實(shi)質(zhi)性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性質(zhi)，而是(shi)(shi)由于(yu)光(guang)線在被照(zhao)射(she)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)體表(biao)面上(shang)發生變異所(suo)引起的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。能完全(quan)反射(she)光(guang)線的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)體呈白色(se)(se)，完全(quan)吸(xi)收光(guang)線的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)體呈黑(hei)色(se)(se)。另外還有不(bu)(bu)少科學家，如(ru)笛卡(ka)兒、胡克等也都(dou)討論過白光(guang)分散或(huo)聚集成顏(yan)色(se)(se)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)問題，但他(ta)們都(dou)主張紅色(se)(se)是(shi)(shi)大大地濃縮了(le)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)，紫光(guang)是(shi)(shi)大大地稀釋(shi)了(le)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)這樣一個復雜紊亂的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)理論。所(suo)以在牛(niu)頓(dun)以前，由棱鏡產生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)折射(she)被假(jia)定是(shi)(shi)實(shi)際上(shang)產生了(le)色(se)(se)，而不(bu)(bu)是(shi)(shi)僅(jin)僅(jin)把已(yi)經存(cun)在的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)色(se)(se)分離開來。

探索研究

（1）設計并進(jin)行三棱鏡(jing)實驗(yan)

當白光通過無色(se)玻璃和各種寶石的碎(sui)片時，就會(hui)形(xing)成鮮艷的各種顏色(se)的光，這(zhe)一事實早在牛頓的幾(ji)個世(shi)紀之(zhi)前就已(yi)有了解，可是直到(dao)十(shi)七世(shi)紀中葉以后(hou)，才有牛頓通過實驗研究了這(zhe)個問題(ti)。該實驗被評為“物理(li)最(zui)美(mei)實驗”之(zhi)一。

牛(niu)頓首先做(zuo)(zuo)了(le)一個(ge)(ge)有名的(de)(de)(de)(de)(de)(de)三(san)棱鏡(jing)實(shi)驗，他在(zai)(zai)著作中記載道：“1666年(nian)初，我(wo)做(zuo)(zuo)了(le)一個(ge)(ge)三(san)角形的(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻璃棱柱鏡(jing)，利用它來(lai)研究(jiu)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顏(yan)色(se)。為此(ci)，我(wo)把房間里弄成漆墨的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，在(zai)(zai)窗戶上(shang)做(zuo)(zuo)一個(ge)(ge)小(xiao)孔，讓適量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)日光(guang)(guang)(guang)射(she)進來(lai)。我(wo)又把棱鏡(jing)放在(zai)(zai)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)入(ru)口處(chu)，使(shi)折射(she)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)能夠射(she)到(dao)對面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)墻(qiang)上(shang)去，當我(wo)第一次看到(dao)由此(ci)而(er)產生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鮮明強烈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)色(se)時，使(shi)我(wo)感到(dao)極大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)愉(yu)快。”通過這個(ge)(ge)實(shi)驗，在(zai)(zai)墻(qiang)上(shang)得到(dao)了(le)一個(ge)(ge)彩色(se)光(guang)(guang)(guang)斑(ban)，顏(yan)色(se)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)排列(lie)是紅、橙、黃(huang)、綠、藍、靛、紫。牛(niu)頓把這個(ge)(ge)顏(yan)色(se)光(guang)(guang)(guang)斑(ban)叫做(zuo)(zuo)光(guang)(guang)(guang)譜。

（2）進一步(bu)設計實驗，獲得純光譜

牛(niu)頓(dun)在(zai)上述實驗中所(suo)得(de)(de)到的(de)(de)光(guang)譜(pu)是(shi)不純(chun)的(de)(de)，他認為光(guang)譜(pu)之(zhi)所(suo)以不純(chun)是(shi)因為光(guang)譜(pu)是(shi)由一系列相互重疊的(de)(de)圓(yuan)形色斑的(de)(de)像所(suo)組成。牛(niu)頓(dun)為了(le)獲(huo)得(de)(de)很純(chun)的(de)(de)光(guang)譜(pu)，便設計(ji)了(le)一套光(guang)學儀器進(jin)行實驗。

用白(bai)光通過一透鏡后(hou)照亮狹(xia)縫S，狹(xia)縫后(hou)放(fang)一會聚透鏡（凸透鏡）以(yi)便形成(cheng)狹(xia)縫S的(de)(de)像(xiang)S‘。然(ran)后(hou)在(zai)透鏡的(de)(de)光路上放(fang)一個棱鏡。結(jie)果光通過棱鏡因(yin)(yin)偏轉角度(du)不同(tong)而(er)被分開，以(yi)至在(zai)白(bai)色光屏(ping)上形成(cheng)一個由紅到紫的(de)(de)光譜帶。這個光譜帶是由一系列彼此鄰接的(de)(de)狹(xia)縫的(de)(de)彩色像(xiang)組成(cheng)的(de)(de)。若狹(xia)縫做得很窄，重(zhong)疊現(xian)象就可以(yi)減(jian)小(xiao)到最低限度(du)，因(yin)(yin)而(er)光譜也(ye)變得很純。

（3）牛頓提出解釋光譜的(de)理論

牛頓為(wei)了解釋三棱(leng)(leng)鏡實驗中白(bai)光(guang)(guang)的(de)分解現(xian)象，認為(wei)白(bai)光(guang)(guang)是由各種(zhong)不(bu)同顏色光(guang)(guang)組成的(de)，玻璃對各種(zhong)色光(guang)(guang)的(de)折射率不(bu)同，當白(bai)光(guang)(guang)通過棱(leng)(leng)鏡時(shi)，各色光(guang)(guang)以(yi)(yi)不(bu)同角度(du)折射，結果就被(bei)分開成顏色光(guang)(guang)譜。白(bai)光(guang)(guang)通過棱(leng)(leng)鏡時(shi)，向(xiang)棱(leng)(leng)鏡的(de)底(di)邊偏折，紫光(guang)(guang)偏折最(zui)大，紅光(guang)(guang)偏折最(zui)小。棱(leng)(leng)鏡使(shi)白(bai)光(guang)(guang)分開成各種(zhong)色光(guang)(guang)的(de)現(xian)象叫做色散。嚴(yan)格地說(shuo)，光(guang)(guang)譜中有(you)很多各種(zhong)顏色的(de)細(xi)(xi)線(xian)，它們都極平滑地融在相鄰(lin)的(de)細(xi)(xi)線(xian)里(li)，以(yi)(yi)至使(shi)人覺察不(bu)到它的(de)界(jie)限(xian)。

（4）設計(ji)實驗驗證上述理論(lun)的(de)正確性

為了進一步研究光的顏色(se)，驗(yan)證上述理論的正(zheng)確性，牛(niu)頓又做了另一個實驗(yan)。

牛(niu)頓在(zai)(zai)觀察光(guang)(guang)(guang)譜的(de)(de)屏幕DE上(shang)打一小(xiao)孔(kong)(kong)，再(zai)在(zai)(zai)其后放一有(you)(you)小(xiao)孔(kong)(kong)的(de)(de)屏幕de，讓通(tong)(tong)過(guo)此小(xiao)孔(kong)(kong)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)是具有(you)(you)某種(zhong)顏色(se)的(de)(de)單色(se)光(guang)(guang)(guang)。牛(niu)頓在(zai)(zai)這(zhe)個光(guang)(guang)(guang)束的(de)(de)路徑(jing)上(shang)再(zai)放上(shang)第二(er)個棱鏡(jing)(jing)(jing)abc，它的(de)(de)后面再(zai)放一個新的(de)(de)觀察屏V。實驗表明，第二(er)個棱鏡(jing)(jing)(jing)abc只(zhi)是把這(zhe)個單色(se)光(guang)(guang)(guang)束整個地偏轉(zhuan)一個角度，而并不(bu)(bu)改變光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)顏色(se)。實驗中，牛(niu)頓轉(zhuan)動第一個棱鏡(jing)(jing)(jing)ABC，使光(guang)(guang)(guang)譜中不(bu)(bu)同顏色(se)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)通(tong)(tong)過(guo)DE和de屏上(shang)的(de)(de)小(xiao)孔(kong)(kong)，在(zai)(zai)所有(you)(you)這(zhe)些情況(kuang)下，這(zhe)些不(bu)(bu)同顏色(se)的(de)(de)單色(se)光(guang)(guang)(guang)都不(bu)(bu)能被第二(er)個棱鏡(jing)(jing)(jing)再(zai)次(ci)分解，它們各自通(tong)(tong)過(guo)第二(er)個檢鏡(jing)(jing)(jing)后都只(zhi)偏轉(zhuan)一定的(de)(de)角度，而且發現，對于不(bu)(bu)同顏色(se)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)偏轉(zhuan)的(de)(de)角度不(bu)(bu)同。

通過這(zhe)些(xie)實驗，牛頓得(de)出(chu)結(jie)論：白光(guang)能分(fen)(fen)解成不同顏色的(de)光(guang)，這(zhe)些(xie)光(guang)已是(shi)單(dan)色的(de)了，棱(leng)鏡不能再分(fen)(fen)解它們。

（5）單色光復合為白(bai)光的(de)實驗

白(bai)(bai)光(guang)(guang)既(ji)然能(neng)分解為單色光(guang)(guang)，那么單色光(guang)(guang)是否(fou)也可復合(he)為白(bai)(bai)光(guang)(guang)呢”為此(ci)牛頓進行實驗。把光(guang)(guang)譜成在一排小(xiao)的矩形平面鏡上，就可使光(guang)(guang)譜的色光(guang)(guang)重新復合(he)為白(bai)(bai)光(guang)(guang)。調節(jie)各平面鏡與入(ru)射(she)(she)光(guang)(guang)的夾角(jiao)，使各反射(she)(she)光(guang)(guang)都落在光(guang)(guang)屏的同(tong)一位置上，這樣就得到一個白(bai)(bai)色光(guang)(guang)班(ban)。

牛頓指出(chu)，還可以用(yong)另一種方法把色(se)光重新(xin)復(fu)(fu)合(he)為白(bai)光。把光譜畫在(zai)圓盤上(shang)(shang)(shang)成扇形，然后高(gao)速旋(xuan)轉(zhuan)這個(ge)圓盤，圓盤就呈現白(bai)色(se)。這種實驗效果一般(ban)稱為“視覺(jue)暫留(liu)效應”。眼(yan)睛視網膜(mo)上(shang)(shang)(shang)所(suo)成的(de)像(xiang)消(xiao)失(shi)后，大腦(nao)還可以把印象保(bao)留(liu)零點幾秒種。從而(er)，大腦(nao)可將迅速變化(hua)的(de)色(se)像(xiang)復(fu)(fu)合(he)在(zai)一起，就形成一個(ge)靜止的(de)白(bai)色(se)像(xiang)。在(zai)電(dian)視屏幕上(shang)(shang)(shang)或電(dian)影屏幕上(shang)(shang)(shang)，我(wo)們能夠看到連續的(de)圖像(xiang)，其原因也正在(zai)于利用(yong)了人的(de)“視覺(jue)暫留(liu)效應”。

（6）牛頓對光的色(se)散研究(jiu)成果

牛頓通過(guo)一(yi)系列的色(se)散實驗和理論研究(jiu)，把結果歸(gui)納為幾條，其要點如下：

①光(guang)(guang)(guang)線隨著(zhu)它的折(zhe)射率不(bu)同而(er)顏色各異。顏色不(bu)是光(guang)(guang)(guang)的變樣，而(er)是光(guang)(guang)(guang)線本來就(jiu)固有的性質。

②同一(yi)顏(yan)色屬于同一(yi)折射率，反之亦然(ran)。

③顏色的種(zhong)類(lei)和折(zhe)射(she)的程度為光(guang)線(xian)所固(gu)有，不因折(zhe)射(she)、反射(she)和其它任何原因而變化。

④必須區(qu)別本來單純的顏色和由(you)它們復合而(er)成(cheng)的顏色。

⑤不存在自身為白(bai)色的(de)(de)光(guang)線(xian)。白(bai)色是由(you)一切顏(yan)色的(de)(de)光(guang)線(xian)適當混合而產生的(de)(de)。事實(shi)上，可以(yi)進行把(ba)光(guang)譜的(de)(de)顏(yan)色重新(xin)合成而得到(dao)白(bai)光(guang)的(de)(de)實(shi)驗(yan)。

⑥根(gen)據以上(shang)各(ge)條，可以解釋三棱鏡使光(guang)產生顏色原因與虹的原理等。

⑦自(zi)然(ran)物(wu)的(de)顏色(se)是由(you)于該物(wu)質對某種(zhong)光(guang)線反(fan)射得(de)多，而(er)對其他光(guang)線反(fan)射得(de)少的(de)原(yuan)因。

⑧由此可知，顏(yan)色是光（各種射線）的(de)質(zhi)，因而光線本身不可能是質(zhi)。因為顏(yan)色這樣的(de)質(zhi)起(qi)源于光之中(zhong)，

（7）牛頓對于光(guang)的色散現象的研究方法的特點

從以上可看(kan)出(chu)牛頓在(zai)對光的色(se)散(san)研究(jiu)(jiu)中，采用了實驗歸納——假說理(li)論(lun)——實驗檢驗的典型的物理(li)規律的研究(jiu)(jiu)方(fang)法(fa)，并滲透著分(fen)析的方(fang)法(fa)（把(ba)白(bai)光分(fen)解為(wei)單色(se)光研究(jiu)(jiu)）和綜合的方(fang)法(fa)（把(ba)單色(se)光復(fu)合為(wei)白(bai)光）等(deng)物理(li)學(xue)研究(jiu)(jiu)的方(fang)法(fa)。

光(guang)的(de)(de)色(se)散說明了(le)光(guang)具(ju)有(you)波(bo)動性。因為色(se)散是(shi)光(guang)的(de)(de)成分（不(bu)同(tong)色(se)光(guang)）折(zhe)射率不(bu)同(tong)引起的(de)(de)，而折(zhe)射率由波(bo)的(de)(de)頻率決定。

光(guang)具有(you)粒子(zi)性最(zui)典(dian)型的例子(zi)就(jiu)是(shi)光(guang)電效應。

現象舉例

虹

夏天雨后(hou)(hou)，在和太(tai)陽相(xiang)對著的(de)(de)方向(xiang)，常(chang)常(chang)會(hui)出(chu)現彩(cai)(cai)色的(de)(de)圓弧，這就是(shi)虹。我們又統稱彩(cai)(cai)虹。形成虹的(de)(de)原因就是(shi)下雨以后(hou)(hou)，天上懸浮著很多極小(xiao)的(de)(de)水滴(di)，太(tai)陽光沿著一(yi)(yi)(yi)定角度(du)射入，這些小(xiao)水滴(di)就發生了色散，朝(chao)著小(xiao)水滴(di)看過去，就會(hui)出(chu)現彩(cai)(cai)色的(de)(de)虹。色彩(cai)(cai)一(yi)(yi)(yi)般為(wei)(wei)七彩(cai)(cai)色，從外(wai)至內(nei)分別為(wei)(wei)：赤(chi)、橙、黃(huang)、綠、藍、靛、紫(zi)。在中國(guo)，也(ye)常(chang)有“紅橙黃(huang)綠青藍紫(zi)”的(de)(de)說法。（其實這是(shi)一(yi)(yi)(yi)種光的(de)(de)色散現象。）毛(mao)澤東曾(ceng)于1933年夏所作一(yi)(yi)(yi)詞(ci)描繪了彩(cai)(cai)虹的(de)(de)色彩(cai)(cai)：“赤(chi)橙黃(huang)綠青藍紫(zi)，誰(shui)持彩(cai)(cai)練當空舞。雨后(hou)(hou)復斜陽，關(guan)山陣(zhen)陣(zhen)蒼……”

霓

有時在(zai)虹(hong)的外側還(huan)能看到第二(er)道虹(hong)，光(guang)彩比第一道虹(hong)稍淡，色(se)序是外紫內紅(hong)。稱(cheng)為(wei)副虹(hong)或霓。

霓和虹的不同點僅(jin)僅(jin)在于光(guang)線(xian)在雨點內產生二次(ci)內反射(she)(she)，因此光(guang)線(xian)通過雨滴后射(she)(she)到我們眼(yan)簾時，光(guang)弧(hu)色帶就與(yu)虹正(zheng)好相反。