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题记:希望小朋友们看了这篇文章,会自己动手试一试;家长们看了这篇文章,会愿意和孩子一起做这个实验。祝所有有童心的人,儿童节快乐~

天空为什么是蓝色?

这或许是很多人小时候都会问的一个问题。如果上网搜索一下,不难找到答案——是因为太阳光的散射。太阳光是由红橙黄绿青蓝紫等多种颜色组成,光在空中传播的时候,其中的一部分会被空气分子影响而四散开来,偏离原来的方向(即散射)。一般情况下,偏蓝色的光散射的较多,因此平时我们就看到的天空是蓝色的。早晨或是傍晚,太阳初升或者夕阳西下时,太阳光经过的距离变长,蓝色光部分基本上都被散射掉了,所以我们看到红彤彤的太阳,原本白色的云彩也被染成了红色的朝霞或晚霞。

但是你相信吗?这样色彩缤纷的天空,可以借由几件厨房里常见的物品,通过几个超级简单的步骤,重现在我们眼前。

物品准备

透明玻璃杯一只,装入自来水(八成满即可)

牛奶半勺(可以用少量奶粉代替)

手电筒一只

注意:上图为了显示清楚,放了半杯牛奶和一只汤勺,其实只需要一小勺牛奶就足够了。

实验步骤

首先,将牛奶倒入玻璃杯,搅匀(以下称“牛奶水”)。此时玻璃杯的水会呈现略微浑浊的颜色,在一般的灯光下或日光下,从侧面看上去会显示出淡淡的蓝色。

然后将兑好的牛奶水和手电筒移至黑暗房间里观察,这样可以使结果更明显。

观察第一步:从侧面看向玻璃杯,手电筒打开,从杯子的一侧照射,如下图所示。此时你看到的杯子变成了淡淡的蓝色。正如平时天空的颜色。

观察第二步:依然从侧面观察玻璃杯,手电筒从杯子后面照射。此时你可以看到杯子里的牛奶水变成了浅黄色。

(抱歉光线太暗,这张照片有些模糊。)

观察第三步:从玻璃杯侧面偏顶部观察,手电筒从玻璃杯底部照射。此时你可以看到一个渐变的水杯。底部附近的浅黄色变为顶部偏红的橘黄色。如果你从正顶部观察,你会发现更加鲜艳的橘红色,正如日出或日落时太阳的颜色。

实验原理

太简单了吗?难以置信?

不要小瞧它,自己动手试试看,就知道了。

之所以可以在玻璃杯里重现天空的颜色,是因为我们运用了和天空类似的原理。太阳光经过大气层时会被空气分子散射,同样,手电筒的光经过牛奶水时会被悬浮在 水中的蛋白质分子散射。第一种情况时,蓝色部分的光线散射的较多,大家看到的就是淡蓝色的牛奶水,后两种情况,光线经过了更长的路程,此时其他颜色的光都 被散射掉,只剩下了红黄彩色。于是我们就可以看到了朝霞般的水杯了。

实验小贴士

1、因为大家的玻璃杯大小不同,控制牛奶的量是这个实验至关重要的一环。为了保证实验可以顺利进行,水龙吟建议大家从少到多慢慢加入牛奶,在正常光线下水杯变成淡淡的蓝色即可(即为灯光被牛奶颗粒散射显示蓝色)。如果不小心加多了牛奶?那么就兑水吧。

2、手电筒请一定要用最普通的灯泡型手电筒(偏黄色,接近于太阳光),而不是LED手电筒。因为LED手电筒里的光蓝色部分偏多,照射水杯的时候很难看到橙色的效果。

科学编辑:沐右

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62 Responses to “[献给六一]实验党:玻璃杯里的天空”

  1. ct说道:

    啊,真有趣的实验啊

  2. sw说道:

    还没到14:01.....汗

  3. solon说道:

    真好!

  4. 夂夂夂夂说道:

    太口奈了~~~

  5. 白左说道:

    呜呜,有意思,为什么不再加一个制作彩虹教程搭卖呢……

    • 水龙吟说道:

      有很多人工制作彩虹的方式,像我就经常在花园绿地自动洒水的时候看到。

  6. 慕嬛说道:

    感觉真美!

  7. 凉薯说道:

    很希望多一些自己可以动手的科学实验或制作。小时候科学杂志上都有这个栏目的

    • 水龙吟说道:

      nod. nod. 这类小实验其实很多都在其他地方出现过,可能是一些的科普书,或者网站之类的,但是介绍过来,大家一起动手做做看看,应该还是值得的。

  8. 疯和尚说道:

    嗯嗯,下班了去买手电筒。。。。

  9. Ava说道:

    这个真的不错~ 可以一边玩一边讲知识

  10. roger说道:

    这才是教育孩子真正的好方式!赞一个!

  11. Watson说道:

    这是胶体的性质吗?

  12. lucky.qiu说道:

    这个六一礼物真不错,收了
    彩虹可以在阳光下吐水(要是水雾状),就可以看到。记得小时候最喜欢彩虹了,只可惜难得一见。

    • 沐右说道:

      用喷壶试试

      • 水龙吟说道:

        恩,洒水壶,或者公园/绿地的自动喷灌地方,当然,不考虑圆弧形的话,还有更多的方法看到七彩的光

        • Metaverse说道:

          嗯,比如把镜子放水里反射太阳光到墙上。。。

          • 水龙吟说道:

            这是制作简易棱镜的方法(棱镜可以产生色散)。其实很多常见的东西都可以等效于棱镜,比如自行车车轮里常常带的用来反射的塑料“灯”(汗,我真不知道那东西叫什么),厚度不均一的塑料尺等等。

        • tao123说道:

          还有,用两支中华牌铅笔

  13. Illyasveil说道:

    有意思~虽然小孩子现在可能不太懂,但这种体验有着比死读书更好的教育意义。

  14. 莫言说道:

    这是丁达尔现象吧

  15. 哈哈说道:

    希望这样的小实验多给孩子们一些,太好了。

  16. Odysseus说道:

    天空的蓝色和文中所做实验原理并不完全相同。虽然全是散射,但天空的蓝色是“瑞利散射”,散射光和入射光的频率并未发生变化;而实验所展示的现象是“拉曼”散射,散射光和入射光的频率的频率并不相同。

    • 沐右说道:

      光在被介质散射的时候,有一部分光会和分子的运动(振动、转动)相互作用而使得光的波长发生一定的变化,这种反射被称为拉曼散射。不过拉曼散射比瑞利散射小的多,一般在千分之一甚至更小的量级。
      在这个实验中或者在天空中都同时存在瑞利散射和拉曼散射,不过拉曼散射的量非常小而不用考虑。

    • laoma说道:

      这个实验不是拉曼散射。
      拉曼散射的入射光非常强,如果不滤掉根本看不见散射光,连续入射光做不了拉曼光的实验,要用激光。

    • 水龙吟说道:

      应该不是拉曼散射。

      拉曼散射是说,一部分出射光和入射光的波长不同,跟分子的振动、转动光谱有关(夸张点想是红光照进去,绿光出来)。但这里看到的光仍然在手电筒的光谱范围内:类似太阳光,手电筒的光有一个很宽的波段,不只是人眼看到的黄光,还有绿色和红色的部分。这里只是通过散射显示其中一部分。

      当然,不排除有极少量的拉曼散射在里面,只不过人眼看不到就是了。

      • Odysseus说道:

        但是海水的蓝色应该怎么解释?

        • 水龙吟说道:

          水呈现蓝色有许多理由,有时是反射天空的颜色,有时是水里物质的颜色反应(比如游泳池),有时是因为水里含有的矿物质等等东西的散射,有时跟大型水体对不同波长的光吸收强度不同(穿透深度不同)……

          但是我从来没听说水呈现蓝色是因为拉曼散射………………

          • Odysseus说道:

            有兴趣看一下这个http://books.google.com/books?id=l3KdMME8CXoC&pg=PA33&lpg=PA33&dq=Raman+sea+blue&source=bl&ots=AOkcJZiQn5&sig=it9ZHqpYdsRdIBWgJZdqz34cPgw&hl=en&ei=OKkHTMm3B9GIkAX5nZ3mDw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=4&ved=0CCQQ6AEwAw#v=onepage&q=Raman%20sea%20blue&f=false

          • 水龙吟说道:

            回复Odysseus同学,

            我看了你给的链接,终于明白你为什么这么坚持了。不过你搞错了一件事情,拉曼发现的散射原理,并不一定叫做“拉曼散射”。

            这本书里说的是瑞利解释了天空是蓝色是因为瑞利散射(小分子散射),然后说海水蓝色是因为反射天空的色彩,拉曼不同意,进一步研究后发现海水是蓝色与天空是蓝色是一个原因——也是因为分子散射,也就是也是瑞利散射,以此反驳了“反射天空”的观点。这个解释最初是拉曼提出的,但是这种散射仍然叫做“瑞利”散射。

            我们说的“拉曼散射”是拉曼后来的工作,是说一部分出射的光会和入射光波长不同,这与分子的运动(尤其是转动、振动)有关,这个发现对后来的原子分子学、晶体学都很重要,这种散射才是以拉曼名字命名的。

  17. ~喵~说道:

    可惜我已经不能算小朋友了

  18. 水龙吟说道:

    谢谢大家的支持~~

  19. shen sun说道:

    建议将这篇文章转登到教师的网上.

  20. wei说道:

    这里选用的牛奶是白色的围了方便观察,如果让那个如其他无色物质,会发生什么现象呢~

    • VANISH说道:

      如果是透明无色的物质,就会形成溶液那样。这样就不会有散射了吧

    • 莫言说道:

      就和水一样了吧

    • 沐右说道:

      用牛奶是因为牛奶里面的有机物分子可以作为散射核来散射光线
      无色的物质如果是溶于水的酒精之类的话
      就不会带来更多的散射核
      那和原来的水没有太大的区别

  21. william.H.Wei说道:

    牛奶‘溶液’算是悬浮液吗?还是什么?也不是胶体吧?不然有丁达尔现象能看到呢。

    • 沐右说道:

      应该算胶体
      如果有一束细一些的光进入应该能看到丁达尔现象
      手电筒的光太粗了。。。

      • lalunasun说道:

        牛奶自己是水包油的胶体。。。加了水应该还是胶体

        • william.H.Wei说道:

          哦,感谢两位说明。。。有机会试试。。。等儿子长大点带他一起研究吧。。。

  22. ·叮叮·说道:

    AMAZING

  23. vc说道:

    在火星上看天空好像 不是蓝色,为什么呢

  24. eling说道:

    谢谢水龙吟,这么简单而又有趣的试验相信女儿一定会喜欢~

  25. Sunny Zhao说道:

    期待实验中,要是换成红酒会是什么效果?

  26. 小黑剑龙说道:

    实验原理中说:“后两种情况,光线经过了更长的路程,此时其他颜色的光都被散射掉,只剩下了红黄彩色。”我不同意这个观点。
    第一种情况(蓝色)和第二种情况(黄色)两者的光程是一样的,只是人观察的方向不同。看到蓝色,是因为观察的是散射光;看到红黄色,观察的是透射光。

  27. morise说道:

    科学与艺术的完美结合

  28. 黄蔚说道:

    我是《少年科学》杂志的编辑,希望能够和本文的作者合作。由于不知道您的联系方式,为了推广科学知识,请务必和我联系。hwshily@sina.com

  29. shexiaoyang说道:

    great! 建议作者提供一个 实验室模拟云层的 办法。

  30. 飞翔说道:

    大力顶顶顶!!!
    简单可行,蕴含科学,能引起孩子的兴趣!

  31. 飞翔说道:

    期待更多的象这样的小实验!!!

  32. 飞翔说道:

    希望增加回到顶部的功能。
    期待中......

  33. DREAMER说道:

    解释的我有点糊涂。怎么一会说蓝色光被散射所以被我们看到,一会说傍晚时其余的光散射掉了,所以我们只看到了红色和橙色?矛不矛盾啊?

  34. JF-枭龙说道:

    有意思。要和女儿试一下。

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