光的三原色合成及復(fù)合光分解演示儀

文 河北省唐山市第四十九中學(xué) 解忠良

在光的三原色教學(xué)中，為演示光的三原色的合成效果，我利用紅、綠、藍(lán)LED燈、凸透鏡、暗箱等器材制作了光的三原色合成演示自制教具。

完成紅、綠、藍(lán)三原色合成白光的演示效果后，為激發(fā)學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，我提出了這樣一個(gè)問題：“如果用三棱鏡對(duì)合成的白光進(jìn)行折射，會(huì)看到什么現(xiàn)象？”

多數(shù)學(xué)生認(rèn)為，紅、綠、藍(lán)三原色合成的白光經(jīng)三棱鏡折射后會(huì)分解為七種顏色，即會(huì)看到彩虹。因?yàn)楣庠吹脑?，?shí)現(xiàn)光的三原色合成復(fù)合光的分解實(shí)驗(yàn)比較困難，因此，我在光的三原色合成演示教具的基礎(chǔ)上繼續(xù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)了光的三原色的合成及復(fù)合光分解演示實(shí)驗(yàn)。

一、儀器制作

如圖1所示，制作光的三原色合成與復(fù)合光分解演示儀，顯示屏可以更換。

圖1

實(shí)驗(yàn)儀器能實(shí)現(xiàn)以下功能（如圖2）：演示光的三原色的各種單色光，演示任意兩種三原色色光的合成效果，演示三種三原色色光的合成效果，合成后復(fù)合光能被三棱鏡折射分解。

圖2

二、探究過程

1.提出問題

光的三原色合成后是什么顏色？合成后的復(fù)合光的成分是什么？

2.做出假設(shè)

光的三原色可以合成各種色光。光的三原色合成的復(fù)合光經(jīng)三棱鏡折射分解后的色光與合成前一致。

3.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

（1）演示光的三原色中任意兩種色光的合成演示實(shí)驗(yàn)，可以觀察到，紅色和綠色合成黃色，紅色和藍(lán)色合成品紅色，綠色和藍(lán)色合成青色；調(diào)整三原色的光強(qiáng)，可以合成各種顏色。

（2）演示紅光、綠光、藍(lán)光合成實(shí)驗(yàn)，可以觀察到，紅、綠、藍(lán)三原色合成白光。

（3）調(diào)整凸透鏡位置，增大顯示屏中心白色區(qū)域顯示范圍，把顯示屏更換為中心帶圓孔的顯示屏，通過顯示屏中心圓孔的是光的三原色合成的白光，在顯示屏圓孔處加三棱鏡，在三棱鏡后再加一個(gè)顯示屏，在第二個(gè)顯示屏上觀察合成后的白光經(jīng)三棱鏡折射后的效果。

（4）可以看到紅、綠、藍(lán)三原色合成的白光經(jīng)三棱鏡折射后，又分解為紅、綠、藍(lán)三種色光（如圖3）。

圖3

（5）繼續(xù)進(jìn)行對(duì)光的三原色中任意兩種色光合成的復(fù)合光的分解實(shí)驗(yàn)，可觀察到紅、綠兩種色光合成的黃色經(jīng)三棱鏡折射后，分解為紅、綠兩種色光；紅、藍(lán)兩種色光合成的品紅色經(jīng)三棱鏡折射后，分解為紅、藍(lán)兩種色光；藍(lán)、綠兩種色光合成的青色經(jīng)三棱鏡折射后，分解為藍(lán)、綠兩種色光。

4.分析和論證

通過以上探究過程可得出：光的三原色可以合成各種色光。光的三原色合成的復(fù)合光經(jīng)三棱鏡折射分解后的色光與合成前一致。

光的三原色合成的色光與陽光下經(jīng)三棱鏡折射色散后的色光不同，后者是單色光，光的三原色合成的色光是復(fù)合光。

三、實(shí)驗(yàn)探究意義

調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)人對(duì)于光的三原色可以合成各種色光有較深刻的認(rèn)識(shí)，但對(duì)光的三原色合成的復(fù)合光的成分存在認(rèn)識(shí)誤區(qū)。

由于條件限制，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)光的三原色合成的復(fù)合光進(jìn)行折射分解實(shí)驗(yàn)，因此，受陽光經(jīng)三棱鏡折射后分解為七種色光的影響，大多數(shù)學(xué)生及部分教師認(rèn)為，光的三原色合成的復(fù)合光經(jīng)三棱鏡折射后應(yīng)出現(xiàn)七種色光的彩虹效果。

而實(shí)驗(yàn)證明，光的三原色合成的復(fù)合光經(jīng)三棱鏡折射后分解為合成前的色光，與陽光有本質(zhì)區(qū)別，光的三原色合成的復(fù)合光中沒有新的色光出現(xiàn)。

因此，光的三原色合成及復(fù)合光的分解實(shí)驗(yàn)，對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)有深刻的實(shí)踐意義和理論指導(dǎo)意義。