杭州市錢塘區景苑中學科學老師 項洋洋
夏日裡，我們很容易在雨後看到天空中出現一道七色的彩虹。許多行人會趁此機會用手機拍下這美麗的自然景觀，發到朋友圈表達對自然界饋贈的讚美。那麼你知道彩虹的成因和顏色的由來嗎？
彩虹的成因
彩虹最常在雨後剛轉天晴時出現，這時空氣內塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因為仍有雨雲而較暗，而觀察者頭上或背後已沒有雲的遮擋而可見陽光，這樣彩虹便會較容易被看到。
太陽光其實是一種複合光，包括可見光和不可見光兩部分。其中不可見光主要指紅外線和紫外線，而我們所看見的彩虹其實是可見光照射到空氣中接近球形的小水滴，造成折射及反射而成的。具體的過程如下：
陽光照射到水滴表面，先折射一次
陽光中的可見光是白光，是由不同的單色光構成的。而球形的水滴對光有色散的作用，不同的單色光由於頻率、波長不同，其折射率也有所不同。而紅光的折射率比藍紫色光小，導致藍紫光的偏向角度比紅光大。因此複合的白光在經過第一次折射之後變成了不同的單色光形成了我們常說的七種色光帶——紅橙黃綠藍靛紫。
其實人類很早就可以通過稜鏡讓白光發生色散，但最早是由牛頓設計了相關的稜鏡實驗，並通過“實驗歸納——假說理論——實驗檢驗”的典型的科學規律的研究方法，並滲透着分析（把白光分解為單色光研究）和綜合的方法（把單色光複合為白光）。
折射後的不同色光在水滴的背面發生反射
光經過第一次折射後在水滴內會再發生反射，所以觀察者看見的光譜是會和第一次折射後產生的光譜分布剛好相反。
最後離開水滴時再折射一次
經過第二次折射後的色光進入人的眼睛，最終在人的大腦皮層形成視覺，即我們看到的不同顏色的光。（如使大腦產生“紅色”視覺的光波長大概是620～760nm，而產生“綠色”的光波長大概是520～560nm）
物體的顏色
隨着對光譜和色彩研究的不斷深入，我們發現：世界上的萬物色彩斑斕主要是因為太陽光照射到物體表面，其中反射到我們眼裡的色光決定了物體的顏色。如當我們觀察葉子時，是因為照射到葉子的綠色光被葉片反射，而其他色光均被吸收了，導致我們看到的葉子是綠色的。
相對特殊的是，當一個物體能吸收所有的色光時，我們的大腦接收不到任何的可見光，就將其認知為了“黑色”。好比我們在沒有燈光的晚上觀察葉片時，此時由於沒有光照，因此不會有任何光反射到我們的眼睛，我們看到的也變成了漆黑一片。而當某個物體不能吸收任何色光，將所有色光全部反射時，我們就會將其認知為“白色”。
隨着研究的深入，我們發現色彩中存在不能再分解的三種基本顏色，即我們現在所提的三原色（紅綠藍）。將三原色的色光以不同的比例相加，可以產生多種多樣的色光。
擴展思考題：
為什麼可見光光譜中沒有棕色？
其實“棕色”根本就不存在！棕色只是人的大腦所認知出的一種顏色，它的形成還和其背景色彩有關。事實上，棕色本身其實是顏色較暗的“橙色”，在背景偏黒的環境中呈現“暗橙”，但在背景偏白的環境中，我們的大腦為錯認其為一種新的顏色——“棕色”。
為什麼美術中的三原色是指紅黃藍，而非紅綠藍？
光的三原色屬於物理的研究範疇，是物理學家根據光的色散理論及實驗得來的。光學三原色其色彩的混合屬於加法顯色，光線會越加越亮，兩兩混合可以得到更亮的中間色。如紅和綠混合成黃色，因為完全不含藍色，所以黃色就是藍色的補色。兩個等量補色混合也形成白色。兩色光混合後，其光線增強，光亮度高於兩色光的起初亮度。另外，合色越多，其光線越多，色度就越接近於白色。
而美術中所講的顏料三原色是色彩學家的研究體系，其研究表明色料的三原色是紅色、黃色、藍色。顏料色彩的混合屬於減法顯色，顏料自身並不能發光，必須依靠白光照射產生反光從而被眼睛看見。如把黃色顏料和藍色顏料混合起來，因為黃色顏料吸收藍光，藍色顏料吸收紅光，因此只有綠色光反射出來，這就是黃色顏料加上藍色顏料形成綠色的道理。兩種顏色的顏料混合後，其光度會低於兩色起初的光度。另外，合色越多，其被吸收的光線就會越多，顏色就越接近於黑色。
為什麼我們平時看到的鐵塊是白色的，而鐵粉是黑色的？
對於鐵塊、鐵片來說，光線照在上面，其表面形成成鏡面反射，因此許多可見光反射入眼，形成白色。而鐵粉的表面積小，沒有固定的幾何形狀，因此光照到鐵粉表面形成的是漫反射，並沒有許多可見光能反射入眼，因此顯黑色。
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