光的色散和散射
光的色散发生在白光被分离成不同的组成颜色时折射和斯涅尔定律.白光之所以呈现白色,是因为它由可见光谱上的每一种颜色组成。虽然它们非常接近,但在非真空材料中每种颜色的折射率都是唯一的。这些独特的指数导致每个波长遵循不同的路径。
光的色散
光的色散定义如下:
光的色散是白光由于表面的折射率和光的波长而分裂成它的组成颜色。
如果进入棱镜的光不是单一的颜色,那么出射光束也有不同的颜色,按一定的顺序排列。这是因为不同颜色的光在除空气外的介质中有不同的速度。光在透明介质中的速度随着光波长的减小而减小。
牛顿的实验
艾萨克·牛顿爵士在研究由透镜折射白光形成的天体图像时,发现图像的边缘是彩色的。他认为彩色图像是由于透镜的某种缺陷造成的。然后他用一个精心打磨的透镜重复了这个实验,但图像仍然是彩色的。牛顿随后认为,问题不出在透镜上,而是由于白光本身的性质,使图像的边缘上色。为了进一步研究,他用一种 .
牛顿让来自太阳的白光通过窗户上的一个小孔进入黑暗的房间,并在光线的路径上放置了一个玻璃棱镜。棱镜发出的光被白色的屏幕接收。在屏幕上形成了一个彩虹般的彩色补丁,这被称为光谱.
光通过玻璃棱镜的散射
玻璃棱镜用来散射白光。棱镜是一个5面实体,有两个三角形基底和三个相互倾斜的矩形表面。
光通过一个矩形面被发送,它进入棱镜,并通过另一个矩形面出去。由于不同颜色的光以不同的速度传播,每种颜色的折射率也不同。因此,当白光通过棱镜的折射表面时,其组成部分弯曲成不同的角度,导致单束光分离。然后,不同颜色的光再次弯曲,因为由第二个矩形表面引起的折射。
这样,白光在穿过玻璃棱镜时被分解成它的组成颜色。
多色光进入厚度为矩形的玻璃棱镜 如果光线以入射角照射 在空气中,紫光的横向分离是什么( )和红灯( )
棱镜内的折射角
用斯涅尔定律求折射角。对于这两种颜色, 而且
紫罗兰色的
红色的
材料内部的横向位移
每束光线都将沿对角线穿过棱镜。折射角与光线的厚度和横向位移成直角三角形。
紫罗兰色的
红色的
横向分离就是横向位移的差值。
使用玻璃棱镜只能散射可见光.但是不同波长的辐射仍然可以被不同的棱镜散射。下面给出的问题解释了这一点。
应用及自然现象
许多看似神秘的自然现象都可以用光的色散和散射来解释。
彩虹的形成
彩虹的形成与光的分散有关。由于水滴与棱镜中光的散射有惊人的相似之处,因此有时也被称为水滴微型棱镜。
水滴在本质上大致是球形的,含有水折射率这使得光能够折射。当阳光(白光)照射悬浮在空气中的水滴时,它会发生折射,并通过色散扩散成其组成颜色。当阳光接触到水滴时(以某种特定的角度),光就会得到折射而且分散。之后,折射光经过全内反射,这导致光线落在液滴的前面,从后面出来。
彩虹图案由七种颜色按特定顺序组成。这是因为波长红光的波长较高,所以它的偏差最小,而紫色的波长较低,偏差最大。这就是为什么红色的光在底部,紫色的光在顶部。
不同时期天空的颜色
阳光到达地球大气层后被空气中的气体和粒子散射。蓝色(和紫色)光比大多数其他颜色的光分散得更广,因为它以更短、更小的波传播。这就是为什么天空经常是蓝色的
太阳的颜色
当光从太阳到达地球大气层时,光谱中的紫色、靛蓝色、蓝色和绿色的光会散射,因为空气颗粒在靠近地球表面的地方直径增加了。波长最短的光谱颜色是黄色,它的散射距离眼睛最近,使其覆盖了其他光谱颜色。因此,太阳呈现黄色。
冬天烟的颜色
来自烟囱的烟雾散射蓝光最多,所以它盖过了其他光谱颜色,烟雾呈现蓝色。
深蓝色的使用
深蓝色是荧光从阳光中吸收紫外线并将其转化为可见光的物质,如紫色、靛蓝色和蓝色光谱。阳光由于分散在上层大气中,缺乏这些颜色。因此,当阳光照射在浸泡在深蓝色中的衣服上时,由于荧光作用,不足的阳光又包含了所有光谱颜色的等比。因此,我们的大脑认为它是白色的。
参考文献
[1]图片来自https://en.wikipedia.org/wiki/Prism#/media/File:Prism-side-fs_PNr%C2%B00117.jpg在创作共用属性下进行重用和修改。
[2]D-Kuru图片来自维基共享资源https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5c/Double-alaskan-rainbow.jpg/400px-Double-alaskan-rainbow.jpg在创作共用属性下进行重用和修改。
[3]图片来自https://en.wikipedia.org/wiki/Rainbow#/media/File:Rainbow1.svg在公共领域下发布。
为什么天空是蓝色的?美国国家航空航天局.检索时间:2016年4月7日17:18http://spaceplace.nasa.gov/blue-sky/en/.
参考文献
- 未知的,。色散棱镜.检索自2016年5月11日https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/63/Dispersion_prism.jpg