藍天夕陽

藍天夕陽

目的

觀察不同角度時光的顏色,瞭解光的特性。

 

實驗

實驗裝置:熱光源、導光器、實驗水槽裝約八分滿的水、市售奶精。

將光源導入實驗水槽,在不同角度觀察水槽內光的顏色變化。

 

 

原理思考

1.從哪些角度看,燈光會是紅色?哪些角度是藍色?為什麼?

2.光為什麼會散射?

3.晴空高照時為何天空是藍色?夕陽為何是紅色?

4.為什麼我們要在水中加入奶精?

5.加入的奶精比例若增加,會有何影響?

 

1.從光源行進方向的側面看,光是藍色的;從光源行進方向的正面看,光是紅色的。依據雷利散射(Rayleigh Scattering)

告訴我們波長越短的光,越容易形成散射(與波長四次方成反比)。因藍光的波長較短,較容易散射,所以從側面看是藍色的;紅光波長較長,較不容易散射,所以在燈光行進方向上比較容易看到紅光。

2.光散射是由空氣中的微粒大小及折射率交互影響產生的現象,這些粒子會阻礙光的前進,又因其粗糙的表面使光反射至各個角度,使我們看到不同的色彩。由雷例散射方程式知道,短波長的光線又較長波長的光線容易被散射,因此當陽光進入空氣介質時,紅光較容易保持原本的行進方向,而藍光就會散射到側面角度。

3.因短波長的光線又較長波長的光線容易被散射,所以當晴空高照陽光進入空氣時,藍光因較易散射,所以天空看起來就是藍色的;相對的紅光因較容易保持原本的行進方向,所以黃昏時太陽已快沒入地平線,藍光散射至我們看不見的另一端,紅光保持原行進方向,所以夕陽看起來是紅色的。

4.實驗中,我們把空氣當成真空介質,而水則是空氣介質,模擬日光進入不同介質的情況。奶精是為了要模仿空氣分子,使成為光線行進的阻礙物,進而產生散射。

5.若將入較多的奶精,則宛如空氣中有過多的懸浮粒子,使天空呈現灰白色;這就是為何在工業區,我們看到的天空會是灰灰白白的原因。

 

討論

1.白天時整個天空會是一樣的藍嗎?為什麼?

2.若是波長越短越容易散射?為何天空不是紫色的?

3.空氣中的懸浮粒子大小會不會影響天空的顏色?

 

關於實驗

1.奶精加入僅需微量(10公升的水加入約1/4球即可,視廠牌而定)。

2.可用奶粉沖泡的牛奶,稀釋比例同奶精。

 

參考資料

“Physics for Scientists and engineers with Modern Physics “, International Edition., Addison Wesley, 2003, U.S.A., p.728-731.Randall D. Knight

「天空為什麼是藍色的,為何又是紅紅的夕陽」http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/html.php?html=optics/sky師大物理討論區 黃福坤

.http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atmos/blusky.html#c1

 

製作

張宇靖

 

指導老師

朱慶琪、張宇靖

 

撰稿

蔡昌翰、杜宗勳