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概述

你曾看见过日落吗? 并且你想知道为什么日落的时候天空突然会从蓝色变成橘色和红色吗? 即使白天天空有多种颜色,从鲜蓝色到灰色或者白色。这些颜色来自于哪里?在这个活动中你将揭晓——在玻璃杯里面模拟自己的日落!你准备好观看日落了吗?

背景

从天空中到达地面的多数光线都来自太阳,太阳是我们星球的基本光源。来自太阳的光叫做白光,尽管它确实是所有颜色的集合。当白光通过雨滴被分割成它们单一的颜色时你可以在彩虹里看见这些颜色。每一种颜色都具有一个确定波长的特征,就像光线在以波的方式通过天空。 一些波长是比较短的并且有更多的能量,例如蓝光;而有些则较长携带的能量却较少,比如红光。

第 1 段(可获 2.04 积分)

如果这些波碰到物体, 它们能通过几种方式与物体发生作用:它们能从物体上反射回去仿佛它们来自镜子;它们能被吸收,意味着它们能被物体捕获;或者它们被分散转移到不同的方向。

这一切与天空的颜色有什么关系呢?答案是太阳光到达地面之前,它首先会通过我们的大气层,大气层由一层气体组成,这些气体包括大部分微小的氮分子和氧气,它们包围着我们的星球。 当太阳光线穿过大气层时,白光与这些气体分子发生作用被分散到四面八方。不是所有的波长的光都以同样的方式被分散,而像蓝光这样的短波长光比更长波长的光更多的被分散。被分散的蓝光就是我们所看到的,它使天空看起来是蓝色的。 

第 2 段(可获 2 积分)

当太阳落山的时候, 它在天空中更低的位置,意味着太阳光在大气层中不得不穿过更多的空气才能到达我们的眼睛。这会导致蓝光被分散的更厉害。你能看到的保留下来的波长是分散程度小的长波长的光,比如橙色和红色。空气中的小微粒加大了分散的效果,这就是为什么在雾蒙蒙的天气或者又空气污染的时候日落的时候天空颜色会更红的原因。像通过自己来看吗?通过实验把白光变成日落时颜色。

所需材料

  • 高玻璃杯或者广口瓶(至少为16盎司)
  • 牛奶
  • 茶匙
  • 发射白光的强光手电筒
  • 容许溢水的工作场所
第 3 段(可获 1.54 积分)

准备工作

  • 在玻璃杯和广口瓶里面装满自来水
  • 把你工作空间里面的材料收集起来

实验过程

  • 用你的手电筒从水杯的一侧照射。你从杯子前面看水看起是什么样的?你能看到正在穿过水的光线吗?光束是窄的还是宽的? 
  • 在水里面加入大概一勺牛奶并搅匀,现在水看起来是怎样的?仍然是清澈的还是看起来浑浊的?
  • 用手电筒照溶液的一端。溶液的颜色变了吗?如果变了,你认为为什么颜色会变?你看到什么颜色?你仍然能够看到正在穿过溶液的关线吗?
  • 现在不把手电筒照向杯子的侧面,而放在杯子的上方,从上方照射通过溶液。当你从上面照射光线从上面通过溶液有什么改变?通过玻璃杯溶液的颜色是一样的吗? 在顶部和在底部比是不一样的吗?你能解释所说看到的吗?
  • 另外:如果在水里加更多的牛奶会发生什么?加不同容量的牛奶重复试验。依然可以看到和以前一样的颜色吗?在水里加更多的牛奶发生了什么改变?
  • 另外: 你用别的物质代替牛奶仍然能得到同样的结果吗?尝试你厨房里的不同溶液弄清楚!所有哪些溶质有什么共同点?
第 4 段(可获 3.43 积分)

观察与结果

你看到过在玻璃杯或者广口瓶里的日落吗?仅仅在你的容器中装上水,你应该看到清澈的溶液。即使当你照射时光线穿过盛水的容器,水的颜色和特征也没有改变。你可能看到正在通过的光束,光束相当狭窄,因为光线没有和水分子发生作用。如果你在加牛奶到水里,溶液改变。牛奶是乳浊液,意味着牛奶是由分散在溶液中许多微小的不可溶解的脂肪颗粒组成的。这就是为什么在水中加入牛奶后溶液变得浑浊的原因。

第 5 段(可获 1.41 积分)

当你从牛奶与水混合的溶液的一侧用手电筒照射时,光线与溶液中的微小颗粒发生作用变得分散,同样的太阳光与在大气层中的气体分子也会如此。当蓝光更多的被分散的时候,你的溶液看起来就表现为淡蓝色。从容器上方通过溶液的入射光增加了光波串过水与牛奶混合物的距离。这就意味着蓝光更多的被分散在整个溶液里。这就是为什么在玻璃杯的底部几乎没有留下蓝光的原因,而看起来反而是黄色或者橙色的。伴随着蓝光被分散,在溶液顶部的蓝白色变换成底部的橙黄色,就像日落时天空的变化。

清洗

把牛奶和水的混合溶液倒入水槽,清洁任何溢出的溶液并且洗手。

第 6 段(可获 1.9 积分)

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