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光盘怎么用(手机怎么看光盘里的内容)
棱镜,不同,光栅光盘怎么用(手机怎么看光盘里的内容)
发布时间:2020-12-06加入收藏来源:互联网点击:
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在自然界中,白光分裂现象有很多种,彩虹只是其中一种。光栅、薄膜、光弹性也能产生色谱,但其机理与彩虹或棱镜完全不同。
本文重点介绍一些容易混淆的白光分解现象及其原理。如果以后宝宝问起,可以翻出来和宝宝一起读。
(来源:pixabay.com)
撰文 | 吴进远
编辑 | 邸利会
“肥皂泡,光盘上的颜色和彩虹是一回事吗?”
"彩虹和棱镜是一回事吗?"
在自然界中,白光分裂现象有很多种,彩虹只是其中一种。这些光谱现象的机制非常不同。如果从课本上找,从初中到本科的物理都是零散的。但是,当孩子看到这些光谱现象的顺序时,并不是由易到难,他可能会问你是哪一个。
如果家长只回答“阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、紫七种颜色组成的”,那就没有词了,太敷衍了。随便说“就像三棱镜一样”也不合适,因为对于很多分光现象来说,它们的原理和三棱镜完全不同。这样说是误导。
孩子提问,源于他们珍贵的好奇心和求知欲,这是极其需要细心保护的。家长遇到问题,最好先认真查找,再回答。在这里,我将写出一些令人困惑的白光分解现象及其原理。如果以后宝宝问起,可以把它们翻出来和宝宝一起读。
棱镜
说到棱镜,我们都知道伟人牛顿用棱镜把太阳的白光分解成彩色的带。现在,我们经常在学校和科技馆看到类似的实验。当然,棱镜在普通商店不容易买到,但是我们可以寻找替代设备。有这样边缘的镜子可以用来做这个实验。
阳光照射在这样的镜子上,反射出许多斑点,形成奇妙的图案。
这个精彩的魔术对各个年龄段的学生都有很强的吸引力。年轻学生甚至可以在晒脚时观察到这种光学现象(促进维生素D合成,提高钙吸收)。这些斑点有些是白色的,但有些是彩色的。
这种分色机制源于透明介质的色散。色散意味着不同颜色的光在介质中的传播速度不同。
我们可以想象一下,在学校里,学生排队练习急行军。如果这样的队列,从水泥地上,向旁边的草地倾斜,会发生什么?
水泥地面又平又硬,但是草地很软,所以在一个横排中,最先走进草地的同学瞬间慢了下来。这样就改变了排的方向,整个队伍的行进方向也发生了偏转,对应的就是光学中的折射现象。如果有两组学生,红队和蓝队,蓝队在草丛中的行进速度比红队慢,这样蓝队会更偏向。如果两队一开始在水泥地上行进的方向相同,那么在草地上行进的方向就会不同,这就对应了光学中的色散现象。
知道了介质的色散,就很容易理解棱镜分解白光的原理。
当白光照射在棱镜表面时,由于介质的色散,不同颜色光的传播方向变得不同。在棱镜的另一面,光再次被折射。随着光传播距离的增加,不同颜色的光向不同方向传播,最终相互分离。
dent: 2em; text-align: left;">对于棱边的镜子,背后镀了一层银,其作用相当于把一个对称的棱镜折叠了一下。最终的效果还是把不同颜色的光分开,呈现出我们看到的彩色光斑。我们看到能够分解白光的棱镜,都是前后两个表面不平行的。实际上,前后两个表面平行的透明体,比如平板玻璃,也应该算是一种特殊的棱镜。可是,当太阳光斜着射入房间时,我们却看不到白光的分解,难道平板玻璃没有色散?
实际上,不管玻璃做成什么形状,色散始终存在。太阳光在射入玻璃前表面时,不同颜色的光同样会折射到不同的方向,这和在棱镜中没有任何不同。可是,当光线传播到平板玻璃的后表面时,光线又经历了一次折射。这第二次折射与前一次折射角度大小相同而方向相反。于是,所有不同颜色的光又恢复到完全相同的方向,不管而后传播多远,仍然是混在一起的白光。
所以,棱镜上存在两个不平行的平面,使得色散效应不会在两次折射中完全抵消,这样才能将白光分解。
霓与虹
彩虹也是由于介质的色散造成的白光分解现象,有一些科普读物会说彩虹形成的原因“像三棱镜一样”。实际上,彩虹颜色产生的机理,与棱镜在很多方面是不同的。
彩虹是悬浮在空气中的水珠,在太阳的照耀下形成的。彩虹经常是由内外两个同心圆弧形的彩带构成的,内圈的叫做虹,外圈的叫做霓。
大家如果仔细看,不难发现霓与虹的色彩关系是正好相反的。虹的红色在外圈,紫色在內圈,而霓则反之。此外,霓比虹通常要更暗,这是由于霓比虹在水珠中要多经过一次反射。
太阳光照射到水珠上某一点,入射光线与球面法线的夹角i 称为入射角。光进入水珠时,发生折射,折射角为r。光线射到水珠的后壁,一部分透出水珠,而另一部分反射回水珠。反射回来的光再次到达水与空气的界面,又有一部分透出来,一部分反射回去。这透出来的光,就是我们看到的虹。
水珠中的光线第三次来到水与空气的界面,又有一部分透出来。这部分透出的光,构成我们看到的霓。光线每经过一次反射,能量都会分出去一部分。因此,霓的亮度比虹要弱。
光线在进出空气与水的界面时,经历两次折射。由于水的色散,不同颜色的光就会折射到不同的角度。不过,光线照射到水珠的不同的位置,对应的入射角 i 是不同的,因而对于虹而言,其出射角A,(或者霓的出射角B)也相应不同,情况比棱镜要复杂得多。
比如折射率比较低的红光,通过水珠后出射的光线如下图所示。
而折射率比较高的紫色光,其出射光线如下图所示。
我们可以看出,不论是哪种颜色的光,光线的出射角A都会散布在一个很宽的角度范围中,这与棱镜是不同的。当然,紫色光的出射角总体来看要比红光的出射角偏小些,从下图我们可以看得更清楚些。
太阳光照在水珠的不同位置,其入射角从0 到90 度都有可能。因而光线离开水珠的出射角A 也有多种可能值。不过,出射角存在一个最大值,这个最大值在 41度左右。不同颜色的光,其出射角的最大值也不相同。我们可以想象,对于某一种颜色的光,有很多条光线堆积在最大出射角附近,因而在不同的观察角上,我们就可以看到水珠呈现出某一种特定的颜色。
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