三原色

出自 全民科學平台
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原作者:謝迺岳
關鍵詞:可見光,複合光,色散
同義詞:手指燈,三分顏色,混合光

市面上有一些可以戴在手指上的小燈,分別具有紅、綠、藍和白光。把手指燈放在紙杯中作為小夜燈很美麗、用手指燈作為手電筒很方便、由下方往上照射臉部還可以嚇人!手指燈能玩色彩疊加的活動,還有很多科學遊戲等你來玩!

探究問題

  1. 手指燈的結構是什麼?
  2. 可否使用手指燈作為交通號誌?
  3. 可否使用三原色燈合成白光?
  4. 互補色是什麼?
  5. 可否用手指燈來展現天空藍和夕陽紅的原理?

實作項目

  1. 材料
    手指燈(LED+電池),白紙,塑膠杯,牛奶或豆漿,筆。
  2. 製作
    將白紙對摺後直立在桌上,做為紙屏。
  3. 操作
    把三支彩色手指燈放在桌面,燈光投射在紙屏上的同一點;調整燈到紙屏間的距離至20cm以上,使紙屏上光點處合成為白光。
    1. 猜測:合成光為白光時,那一支燈距離紙屏最遠?先猜想再實作。
    2. 猜測:合成光為白光時,把一支筆擋在紙屏前,在筆的後方有幾個影子?分別是什麼顏色?先猜想再實作。
    3. 猜測:在三杯水中各滴入一滴牛奶(或豆漿),把杯子排成一列,分別用手指燈照射左端的杯子,而從右端觀看。那一種色光的穿透率最高?用白光穿透過三杯水後變成什麼顏色?先猜想再實作。


結果與討論

白光是複合光;紅綠藍三原色可以組成白光。在穿透有懸浮粒子的空氣或水中時,會造成散色效應,其中藍光被散射得很開(散射角較大),而穿透率最低。藍天與彩霞的原理是散射,交通號誌與車尾燈選擇紅光也是由於紅光的穿透率最高。

  1. 結果:由於紅光與藍光在可見光譜的兩端,功率再強也不易看清;在功率相同時,綠光的亮度最大,因此綠燈須放置在離紙屏最遠的地方。
  2. 結果:在筆的後方,屏上共有三個影子;分別是少了紅光的藍綠合成光、少了綠光的紅藍合成光、與少了藍光的紅綠合成光。在白光中減去某一色光後,剩下的光稱為這一色光的「互補色光」。
  3. 結果:紅光最不容易被懸浮微粒散射,因此穿透力最強。同理,用白光照射牛奶稀釋液後,藍光被散射離開,我們能看到的是白光減去藍光後的黃光,就像夕陽一樣。



教學目標

國中以上較能理解相關原理,但可以讓國小學生體會光學的趣味。

  1. 知識上:認識色光的合成、影子的形成與散射的原理。
  2. 技能上:能操作色光的合成與散射實驗。
  3. 情意上:喜歡繽紛的世界,更為理性的思考,珍惜任何物質(例如一滴牛奶)。

應用

  1. 在科學上:交通燈號與車尾燈的選色原理。
  2. 在科技上:電視與電腦畫面的成色。
  3. 在藝術上:光與色的變化,圖案的形成。
  4. 進階活動:用白光與任何物體(玻璃與光碟片)做分光的實驗。

參考資料