LED光源三基色混色實(shí)驗(yàn)方案

向雪芹

青少年在中學(xué)階段逐漸從具體（實(shí)體）運(yùn)算階段進(jìn)入形式（抽象）運(yùn)算階段，物理學(xué)作為中學(xué)階段重要的基礎(chǔ)課程，其邏輯性和思維性要求較強(qiáng)，對(duì)培養(yǎng)青少年掌握抽象邏輯思維和對(duì)規(guī)則的演繹推理有重要作用.如何在教學(xué)過(guò)程中由實(shí)體現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生理解抽象知識(shí)，是高中物理教學(xué)的一大難點(diǎn).例如教材光學(xué)部分實(shí)際教學(xué)中，由于光譜學(xué)的物理概念抽象晦澀，而相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作儀器復(fù)雜，學(xué)生在課堂中多只能通過(guò)書(shū)本或ppt圖片學(xué)習(xí)，對(duì)光譜及其原理缺乏直觀的認(rèn)識(shí)，教學(xué)效率較低.

為此我們借鑒色度學(xué)和分光儀器原理，利用紅綠藍(lán)三種光譜顏色的發(fā)光二極管（LED）光源，自行設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)便易行的演示實(shí)驗(yàn)用于課堂演示，可以使學(xué)生直觀的觀察到三基色相加混合產(chǎn)生不同色彩的效果.本教具能加深學(xué)生對(duì)光譜學(xué)知識(shí)的理解，同時(shí)激發(fā)學(xué)生探索物理學(xué)原理的興趣.

1實(shí)驗(yàn)方案

三基色混合實(shí)驗(yàn)需要使用紅綠藍(lán)三種光譜顏色光源.根據(jù)色度學(xué)原理，所有顏色均可由紅（700 nm）、綠（546 nm）、藍(lán)（435 nm）三種顏色混合相加生成，這三種顏色被稱為三基色.

將紅、綠、藍(lán)3個(gè)光源通過(guò)調(diào)焦投射在白色墻面或白紙上，使之在投射面上形成3個(gè)顏色的圓形光斑.調(diào)整光源入射角度，使投射面上的圓形光斑逐漸重疊，形成如

便可以在光斑重疊區(qū)域看到光譜混合出來(lái)的，包括白色在內(nèi)的多種顏色.例如紅色光斑與綠色光斑重疊區(qū)變?yōu)辄S色，紅色與藍(lán)色光斑重疊區(qū)變?yōu)槠罚ㄗ希┥?

同時(shí)我們還可以觀察到顏色的補(bǔ)色：當(dāng)一定量的顏色A與顏色B 可相加混合成白色時(shí)，我們說(shuō)顏色A與顏色B互為補(bǔ)色.例如，從圖1中可以看到：紅+青=白， 紅、青互為補(bǔ)色；綠+品=白，綠、品互為補(bǔ)色； 藍(lán)+黃=白，黃、藍(lán)互為補(bǔ)色.

2儀器選擇

傳統(tǒng)的三色光源是采用標(biāo)準(zhǔn)白光光源加紅綠藍(lán)三色濾色鏡得到，光源的光譜特性由濾色鏡保證，實(shí)驗(yàn)中需要的光學(xué)元件多，實(shí)驗(yàn)光路較復(fù)雜，不適應(yīng)中學(xué)課堂演示.為此我們選擇新型光源——發(fā)光二極管 （LED）作為三基色光源.與白熾鎢燈泡及普通熒光節(jié)能燈相比，LED以其體積小、發(fā)熱量低、耗電量小等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用.

紅光LED的峰值波長(zhǎng)約為 629 nm，綠光LED的峰值波長(zhǎng)約為 511 nm，藍(lán)光LED的峰值波長(zhǎng)為約458 nm，與三基色要求的光譜波長(zhǎng)基本接近，可以滿足三基色混色實(shí)驗(yàn)的要求.

由于目前市場(chǎng)上能夠很容易買到包含調(diào)節(jié)透鏡組的LED光源電筒，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，很容易的在投射屏上投射出合適大小的光圈.圖3為L(zhǎng)ED光源電筒光圈效果，這大大降低了混色演示實(shí)驗(yàn)操作難度.

本文介紹了通過(guò)紅綠藍(lán)三色LED光源實(shí)現(xiàn)三種顏色光混色演示，實(shí)驗(yàn)光路簡(jiǎn)單易行、成本低廉、現(xiàn)象清晰.采用課堂演示，豐富了光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容.讓學(xué)生不僅用心聽(tīng)，還可以用眼睛看、用手操作，有利于學(xué)生開(kāi)動(dòng)頭腦思考并培養(yǎng)學(xué)生的觀察力.