光的色散和散射

光的色散发生时，白光被分离成不同的组成颜色，因为折射和斯涅尔定律．白光之所以呈现白色，是因为它是由可见光谱上的各种颜色组成的。尽管它们非常接近，但每种颜色的折射率在非真空材料中都是独特的。这些独特的指数使每个波长遵循不同的路径。

白光进入左边的棱镜，然后根据波长分成彩虹图案。^［1］

光的色散定义如下:

光的色散是由于表面的折射率和光的波长，白光分裂成其组成颜色。

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，并按一定的顺序排列。这是因为不同颜色的光在空气之外的介质中有不同的速度。在透明介质中，光速随着光的波长的减小而减小。

牛顿的实验

艾萨克·牛顿爵士在研究由白光通过透镜折射而形成的天体图像时发现，图像的边缘是有颜色的。他认为彩色图像是由于镜片的某些缺陷造成的。然后，他用一个仔细打磨过的透镜重复了这个实验，但图像仍然是彩色的。牛顿接着认为，问题不在于镜头本身，而在于白光本身的性质，由于白光，图像的边缘被着色了。为了进一步研究，他做了另一个实验 $棱镜$．

牛顿让太阳的白光通过窗户上的一个小孔进入一个黑暗的房间，并在光线的路径上放置了一个玻璃棱镜。棱镜发出的光被接收到白色的屏幕上。在屏幕上形成了一个像彩虹一样的彩色斑块，它被称为光谱．

光通过玻璃棱镜的散射

用玻璃棱镜驱散白光。棱镜是一个五面实体，有两个三角形的基底和三个相互倾斜的矩形表面。

光线穿过其中一个矩形面，进入棱镜并通过另一个矩形面离开。因为不同颜色的光以不同的速度传播，所以每种颜色的折射率也不同。因此，当白光穿过棱镜的折射面时，其组成部分会弯曲成不同的角度，导致单束光分离。然后，不同颜色的光再次弯曲，因为折射引起的第二个矩形表面。

这样，白光在穿过玻璃棱镜时就会分裂成不同颜色的光。

多色光进入有厚度的矩形玻璃棱镜 ${厘米}t = 2 \文本。$如果光线以入射角照射 $30 ^ \保监会$在空气中，紫光的横向分离是什么( $n = 1.52$)及红灯( $n = 1.51 ?$）

---

棱镜内的折射角

用斯涅尔定律来求折射角。两个颜色, $n_1 = 1$和 $\ theta_1 = 30 ^ \保监会$

$n_1 \罪\ theta_1 =甲烷\ \ theta_2的罪$

$罪\ theta_2 = \ ^{1}(\压裂{罪n_1 \ \ theta_1}{甲烷})$

紫罗兰色的 $\ theta_2 = 19.205 ^ \保监会$

红色的 $\ theta_2 = 19.337 ^ \保监会$

---

材料内部的横向位移

每一束光都将沿对角线穿过棱镜。折射角与光线的厚度和横向位移形成一个直角。

$\tan\theta_2 = \frac{\text{lateral displacement}}{\text{thickness}} = \frac{ell}{t}$

$ell = t tan$

紫罗兰色的 $\魔法=(0.02 \文本{m}) \ tan(19.205) = 6.97 \文本{mm}$

红色的 $\魔法=(0.02 \文本{m}) \ tan(19.337) = 7.02 \文本{mm}$

---

横向分离是横向位移之间的差值。

$\Delta \ell = 7.02\text{mm} - 6.97\text{mm} = 0.05\text{mm} = 50\text{}\mu\text{m}$

使用玻璃棱镜只能分散可见光．但是不同波长的辐射仍然可以被不同的棱镜驱散。下面给出的问题解释了这一点。

许多看似神秘的自然现象都可以用光的分散和散射来解释。

彩虹的形成

彩虹的形成与光的分散有关。由于水滴与棱镜中的光的色散有着惊人的相似之处，所以它有时也被称为水滴微型棱镜。

典型的彩虹形状

水滴在本质上大致是球形的，里面含有水折射率这使得光线折射。当阳光(白光)照射到悬浮在空气中的水滴时，它会折射，并通过分散扩散成构成它的颜色。当阳光接触到水滴(以某个特定角度)时，光线就会折射和分散。之后，折射的光经过全内反射,这使得光线落在水滴的前面，然后从后面出来。

阳光在水滴内部的路径。[3]

彩虹图案是由七种颜色按特定顺序组成的。这是因为波长红光的波长较高，因此偏移最小，而紫光的波长较低，因此偏移最大。这就是为什么红色的灯在底部而紫色的灯在顶部。

不同时间天空的颜色

阳光到达地球的大气层，并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，因为它传播的光波更短、更小。这就是为什么天空经常呈现蓝色

太阳的颜色

当光从太阳旅行到地球大气层时，光谱中的紫色、靛蓝、蓝色和绿色光会被散射，因为空气粒子的直径在靠近地球表面的地方增加。下一个波长最短的光谱颜色，黄色，散射到离眼睛水平距离最近的地方，导致它覆盖了其他光谱颜色。结果，太阳看起来是黄色的。

冬天的烟的颜色

来自烟囱的烟雾散射蓝光最多，所以它超过了其他光谱颜色，因此烟雾呈现蓝色。

使用深蓝色

深蓝色是一个荧光吸收阳光紫外线并将其转化为可见光的物质，如紫色、靛蓝和蓝色光谱。阳光由于分散在上层大气中而缺乏这些颜色。因此，当阳光照射在深蓝色浸湿的衣服上时，由于荧光的缘故，缺乏的阳光再次以相同的比例包含所有光谱颜色。因此，我们的大脑认为它是白色的。

[1]从形象https://en.wikipedia.org/wiki/Prism#/media/File:Prism-side-fs_PNr%C2%B00117.jpg在创作共用原则下，为了重用和修改而归属。

［２］D-Kuru来自维基共享，图片来自https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5c/Double-alaskan-rainbow.jpg/400px-Double-alaskan-rainbow.jpg在创作共用原则下，为了重用和修改而归属。

[3]的形象https://en.wikipedia.org/wiki/Rainbow#/media/File:Rainbow1.svg在公共领域下发布。

天为什么是蓝色的?美国国家航空航天局．2016年4月7日17:18，从http://spaceplace.nasa.gov/blue-sky/en/．

1. 未知的,。色散棱镜．2016年5月11日，从https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/63/Dispersion_prism.jpg