光的色散的發現過程

【摘 要】本文是在新課程背景下，通過運用科學探究的方法來研究光的色散。

【關鍵詞】探究 色散

牛頓是一位科學巨匠。他不僅在力學上有偉大的成就，在數學、天文學、化學以至光學上都有杰出的貢獻。單就光學方面的工作，就足以被后人敬為科學上的偉人。和力學方面的綜合工作不同，牛頓在光學方面的工作多是奠基性的實驗研究，其中尤以色散的研究最為突出。"

一、設計并進行三棱鏡實驗

當白光通過無色玻璃和各種寶石的碎片時，就會形成鮮艷的各種顏色的光，這一事實早在牛頓的幾個世紀之前就已有了解，可是直到17世紀中葉以后，才有牛頓通過實驗研究了這個問題．該實驗被評為“物理最美實驗”之一。

牛頓首先做了一個有名的三棱鏡實驗，他在著作中記載道：“1666年初，我做了一個三角形的玻璃棱柱鏡，利用它來研究光的顏色．為此，我把房間里弄成漆墨的，在窗戶上做一個小孔，讓適量的日光射進來。我又把棱鏡放在光的入口處，使折射的光能夠射到對面的墻上去，當我第一次看到由此而產生的鮮明強烈的光色時，使我感到極大的愉快。”牛頓的實驗設計如下圖：通過這個實驗，在墻上得到了一個彩色光斑，顏色的排列是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫（依次從A到B）。牛頓把這個顏色光斑叫做光譜。那白色的陽光是由這七種顏色的光組成的嗎？

二、進一步設計實驗，驗證猜想

白色的陽光是由這七種顏色的光組成的猜想牛頓還不能肯定，于是開始查找資料，并很快發現了對這一現象的解釋：白色的光通過三棱鏡后之所以變成依次排列的各色光，并不是白光有復雜成分，而是白光與棱鏡相互作用的結果。

事實是這樣的嗎？牛頓通過思考又做了以下實驗。

如果白光通過棱鏡后變成七種顏色的光是由于白光與棱鏡的相互作用，那么這些各種顏色的光經過第二個棱鏡時必然會再次改變顏色。他根據自己的想法繼續做實驗，他在棱鏡后面豎放一張開有小孔的屏，這樣轉動前面的棱鏡，就可以使不同顏色的光單獨地穿過小孔。在屏的后面再放一塊三棱鏡，就能觀察到這些單色光通過第二塊棱鏡后顏色是否會改變。但實驗的結果表明，這些單色光經過第二塊棱鏡后沒有再分解，顏色也沒有變化，看來別人的解釋并不正確。

光的色散射實驗（一）

接著牛頓開始想，既然一塊棱鏡能把白光分解成七種顏色的光，那么用另一塊棱鏡就可能使這些彩色的光復原為白光。于是他又在第一塊棱鏡后倒放了一塊頂角較大的棱鏡，果然實驗成功了，七種顏色的光帶又變成白光。

光的色散射實驗（二）

這些成功的實驗使牛頓認識到白色的陽光確具有復雜的成分，它由七種不同顏色的光組成。三棱鏡之所以能把它們分開，是因為各種單色光相對于棱鏡有不同的折射率。后來牛頓的發現得到科學界的承認并被寫進教科書，而這些實驗則被稱為著名的“光的色散實驗”。