探究太阳光的组成

1666年,牛顿最先利用三棱镜将太阳光分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光,(因为棱镜对光的传播方向有影响,所以不同的色光经棱镜折射后传播方向发生了不同的变化.)这种现象就叫光的色散,人们也就知道了太阳光是由多种色光组成的.不能再分解的色光叫做单色光. 由单色光混合而成的光叫做复色光.

图1

事实上,中国古代对光的色散现象的认识最早起源于对自然色散现象――虹的认识.夏天雨后,在朝着太阳那一边的天空中,常常会出现彩色的圆弧,这就是虹.形成虹的原因就是下雨以后,天上悬浮着很多极小的水滴,太阳光沿着一定角度射入这些小水滴,就发生了色散,朝着小水滴看过去,就会看到彩色的虹.虹的颜色是红色在外,紫色在内,依次排列.公元8世纪中叶,张志和在《玄真子・涛之灵》中第一次用实验方法研究了虹,而且是第一次有意识地进行了白光色散实验:“背日喷乎水,成虹霓之状,而不可直者,齐乎影也”.

同学们也可以自己动手做实验来观察光的色散现象.

1.用平面镜和水碗做色散实验

若没有玻璃棱镜,可用一块平面镜和一只水碗观察光的色散现象.把碗放在有阳光的地方,加满清水,将平面镜斜放在水中,调整其倾斜角度,使照射在镜子上的太阳光透过水反射到室内的白墙上即可观察到太阳光谱,如图2所示.这是太阳光经水面折射,再经水中平面镜反射,最后由水面折射回空气形成的七色光谱,实际上就是以水为介质的三棱镜产生的色散现象.

2. 自制水三棱镜做牛顿色散实验

用透明有机玻璃(或无色玻璃)粘制成边长为80mm、高为200mm的两个大小一样的正三棱柱,在一端的交接处打一小孔,注满纯净水后用橡皮塞塞住即可.放在阳光下即可用光屏接收到彩色光谱.若按图3牛顿的方法进行实验,色散现象更明显.只放P1时屏上光谱为ab,再放P2时,由于P2的折射作用,经P1色散出来的每一条光线都将向下偏移,不同色光偏移大小不同,因此整个谱带下移到a1b1的位置,红端a1下移最少,紫端b1下移最多,故使a1b1呈弯曲状.这就把棱镜的色散作用表现得淋漓尽致.若改变P2的填充介质,a1b1的偏移位置也随之改变.

同学们在做分解太阳光的实验时最好能在太阳光下进行,且太阳光越强烈,实验效果越理想.实验时要让太阳光通过有狭缝的挡光板后,入射到三棱镜的一个侧面上,并注意让入射光从底边方向斜向上射入三棱镜,将白色光屏放在三棱镜的另一侧,并最好让光屏处于暗处,慢慢转动三棱镜,就可以在光屏上得到彩色的光带.

3.虹的实验

用1000W的碘钨灯做光源,也可选择早晨或傍晚阳光斜射到室内的光线.准备两支带细嘴的玻璃管和装满清水的广口瓶.一支玻璃管插入瓶中,另一支对着细嘴背着阳光用力吹,瓶内水沿细嘴喷出形成雾状.只要室内稍暗,小雾珠受灯光或阳光照射发生色散,就可看到两条短弧形彩带,即虹,如图4所示.

也可用取出灯芯的白炽灯泡(或圆底烧瓶)装满清水,模拟小水珠,再取一中间开孔,孔径约为灯泡直径大小的白纸屏,让平行光束从圆孔射入灯泡.当光线进入灯泡后,在其后壁发生全反射,反射光线再透过灯泡投射在圆孔屏上形成一个彩色光环,如图5所示,就像从空中观察到的圆虹.

例题如图6所示是一束太阳光通过三棱镜后的情形,则在光屏的“1”号位置处应是 色光,在光屏的“2”号位置处应是色光.

图6

讲解本题主要考查同学们在亲历光的色散实验时是否认真观察了实验现象.若仔细观察你就会发现,“ 1 ”号位置是红光,“2”号位置是紫光.学了光的折射你会知道其中的奥秘.