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1、 光的色學(xué)性質(zhì)
1666 年，英國科學(xué)家牛頓第一個揭示了光的色學(xué)性質(zhì)和顏色的秘密。他用實(shí)驗(yàn)說明太陽光是各種顏色的混合光，并發(fā)現(xiàn)光的顏色決定于光的波長。下表列出了在可見光范圍內(nèi)不同波長光的顏色。
不同波長光線的顏色
為對光的色學(xué)性質(zhì)研究方便，將可見光譜圍成一個圓環(huán)，并分成九個區(qū)域（見圖），稱之為顏色環(huán)。顏色環(huán)上數(shù)字表示對應(yīng)色光的波長，單位為納米（ nm），顏色環(huán)上任何兩個對頂位置扇形中的顏色，互稱為補(bǔ)色。例如，藍(lán)色（ 435 ～ 480nm ）的補(bǔ)色為黃色（ 580 ～ 595nm ）。通過研究發(fā)現(xiàn)色光還具有下列特性：（ l ）互補(bǔ)色按一定的比例混合得到白光。如藍(lán)光和黃光混合得到的是白光。同理，青光和橙光混合得到的也是白光；（ 2 ）顏色環(huán)上任何一種顏色都可以用其相鄰兩側(cè)的兩種單色光，甚至可以從次近鄰的兩種單色光混合復(fù)制出來。如黃光和紅光混合得到橙光。較為典型的是紅光和綠光混合成為黃光；（ 3 ）如果在顏色環(huán)上選擇三種獨(dú)立的單色光。就可以按不同的比例混合成日常生活中可能出現(xiàn)的各種色調(diào)。這三種單色光稱為三原色光。光學(xué)中的三原色為紅、綠、藍(lán)。這里應(yīng)注意，顏料的三原色為紅、黃、藍(lán)。但是，三原色的選擇完全是任意的；（ 4 ）當(dāng)太陽光照射某物體時，某波長的光被物體吸取了，則物體顯示的顏色（反射光）為該色光的補(bǔ)色。如太陽光照射到物體上對，若物體吸取了波長為 400 ～ 435ntn 的紫光，則物體呈現(xiàn)黃綠色。這里應(yīng)該注意：有人說物體的顏色是物體吸收了其它色光，反射了這種顏色的光。這種說法是不對的。比如黃綠色的樹葉，實(shí)際只吸收了波長為 400 ～ 435urn 的紫光，顯示出的黃綠色是反射的其它色光的混合效果，而不只反射黃綠色光。
2、 人的色覺特點(diǎn)
不同波長的光照射到人眼視網(wǎng)膜上，將給大腦不同的感覺，這種感覺稱為色覺。人們就是憑自己的色覺來辨別物體的顏色，一般人的眼睛可分辨 120 多種顏色，如果在不同顏色的相互補(bǔ)充、相互襯托之下，有經(jīng)驗(yàn)的人可分辨 13000 多種顏色。人眼為什么能分辨這么多種顏色呢？現(xiàn)代科學(xué)研究認(rèn)為：人眼中的錐狀辨色細(xì)胞有三種，每一種細(xì)胞擅長接收一種顏色的光，但對可見光內(nèi)所有波長的光也能發(fā)生程度不同的反應(yīng)。這三種錐狀辨色細(xì)胞分別對紅、綠、藍(lán)色光最敏感。因此，人們選擇這三種顏色作為光的三原色。彩色電視機(jī)也是根據(jù)上述理論制成的彩色顯示過程。
當(dāng)眼睛接受了混合光之后，三種色覺細(xì)胞都按自己的規(guī)律興奮起來；產(chǎn)生三種視覺信號。經(jīng)視神經(jīng)傳到大腦，但是，大腦對每一個單獨(dú)信號并不感興趣，而是把它們總合在一起，形成一個綜合的色覺，這就是人們感覺到的所接收混合光的顏色。根據(jù)人的色覺特點(diǎn)，當(dāng)紅、綠、藍(lán)三種色光按千變?nèi)f化的比例混合時，就會使人感覺到千差萬別的顏色。
3、 光和物體的顏色
我們知道，在沒有光線的暗室中，或在漆黑的夜里，誰也無法辨認(rèn)出物體的顏色，只有在光照射下。物體的顏色才能為人眼所見。所以，物體的顏色是光和眼睛相互作用產(chǎn)生的，是大腦對投射在視網(wǎng)膜上不同波長光線進(jìn)行辨認(rèn)的結(jié)果。
我們?nèi)粘Ｋf物體的顏色，是指在日常環(huán)境里太陽光照射時物體所呈現(xiàn)的顏色。稱之為物體的本色，在特殊環(huán)境里物體呈現(xiàn)的顏色，稱之為衍生色。例如，在陽光照射下樹葉呈綠色，這是其本色，而在紅光照射下，這一 “綠色”的樹葉呈現(xiàn)黑色，改用紫外線照射時，它又呈火紅色，這后兩種顏色是衍生色。一個物體的本色只有一個，而衍生色可有幾個，故我們說物體的顏色時，若不作特殊說明即指物體的本色。
物體的顏色決定于它對光線的吸收和反射，實(shí)質(zhì)上決定于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)對不同波長的光吸收能力不同。我們知道：光是由光子組成的。不同波長的光由不同能量的光子組成。波長 λ和能量 E 間的關(guān)系為 E=hc/λ，式中普朗克常數(shù)，c為光速。當(dāng)光子射到物體上時，某波長的光子能量與物質(zhì)內(nèi)原子的振動能，或電子發(fā)生躍遷時所需能量相同時，就易被物質(zhì)吸收，其它波長的光就不易被吸收。物質(zhì)對光的選擇吸收，就造成了各自的顏色。對同一種物質(zhì)，改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，顏色也會改變。如碘化汞在正方晶系時呈紅色，而加溫到 127 ℃使晶形轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈骄禃r卻成藍(lán)色。這主要因物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，對光的選擇吸收也發(fā)生了改變。人們已根據(jù)這一點(diǎn)，制成了變色涂料等物質(zhì)。另外，如溶劑、熒光等也會影物質(zhì)的顏色，這里不再贅述。
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