彩虹为啥有七色？美术中三原色为啥是红黄蓝而非红绿蓝？科学老师有话说

杭州市钱塘区景苑中学科学老师 项洋洋

夏日里，我们很容易在雨后看到天空中出现一道七色的彩虹。许多行人会趁此机会用手机拍下这美丽的自然景观，发到朋友圈表达对自然界馈赠的赞美。那么你知道彩虹的成因和颜色的由来吗？

彩虹的成因

彩虹最常在雨后刚转天晴时出现，这时空气内尘埃少而充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗，而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容易被看到。

太阳光其实是一种复合光，包括可见光和不可见光两部分。其中不可见光主要指红外线和紫外线，而我们所看见的彩虹其实是可见光照射到空气中接近球形的小水滴，造成折射及反射而成的。具体的过程如下：

阳光照射到水滴表面，先折射一次

阳光中的可见光是白光，是由不同的单色光构成的。而球形的水滴对光有色散的作用，不同的单色光由于频率、波长不同，其折射率也有所不同。而红光的折射率比蓝紫色光小，导致蓝紫光的偏向角度比红光大。因此复合的白光在经过第一次折射之后变成了不同的单色光形成了我们常说的七种色光带——红橙黄绿蓝靛紫。

其实人类很早就可以通过棱镜让白光发生色散，但最早是由牛顿设计了相关的棱镜实验，并通过“实验归纳——假说理论——实验检验”的典型的科学规律的研究方法，并渗透着分析（把白光分解为单色光研究）和综合的方法（把单色光复合为白光）。

折射后的不同色光在水滴的背面发生反射

光经过第一次折射后在水滴内会再发生反射，所以观察者看见的光谱是会和第一次折射后产生的光谱分布刚好相反。

最后离开水滴时再折射一次

经过第二次折射后的色光进入人的眼睛，最终在人的大脑皮层形成视觉，即我们看到的不同颜色的光。（如使大脑产生“红色”视觉的光波长大概是620～760nm，而产生“绿色”的光波长大概是520～560nm）

物体的颜色

随着对光谱和色彩研究的不断深入，我们发现：世界上的万物色彩斑斓主要是因为太阳光照射到物体表面，其中反射到我们眼里的色光决定了物体的颜色。如当我们观察叶子时，是因为照射到叶子的绿色光被叶片反射，而其他色光均被吸收了，导致我们看到的叶子是绿色的。

相对特殊的是，当一个物体能吸收所有的色光时，我们的大脑接收不到任何的可见光，就将其认知为了“黑色”。好比我们在没有灯光的晚上观察叶片时，此时由于没有光照，因此不会有任何光反射到我们的眼睛，我们看到的也变成了漆黑一片。而当某个物体不能吸收任何色光，将所有色光全部反射时，我们就会将其认知为“白色”。

随着研究的深入，我们发现色彩中存在不能再分解的三种基本颜色，即我们现在所提的三原色（红绿蓝）。将三原色的色光以不同的比例相加，可以产生多种多样的色光。

为什么可见光光谱中没有棕色？

其实“棕色”根本就不存在！棕色只是人的大脑所认知出的一种颜色，它的形成还和其背景色彩有关。事实上，棕色本身其实是颜色较暗的“橙色”，在背景偏黒的环境中呈现“暗橙”，但在背景偏白的环境中，我们的大脑为错认其为一种新的颜色——“棕色”。

为什么美术中的三原色是指红黄蓝，而非红绿蓝？

光的三原色属于物理的研究范畴，是物理学家根据光的色散理论及实验得来的。光学三原色其色彩的混合属于加法显色，光线会越加越亮，两两混合可以得到更亮的中间色。如红和绿混合成黄色，因为完全不含蓝色，所以黄色就是蓝色的补色。两个等量补色混合也形成白色。两色光混合后，其光线增强，光亮度高于两色光的起初亮度。另外，合色越多，其光线越多，色度就越接近于白色。

而美术中所讲的颜料三原色是色彩学家的研究体系，其研究表明色料的三原色是红色、黄色、蓝色。颜料色彩的混合属于减法显色，颜料自身并不能发光，必须依靠白光照射产生反光从而被眼睛看见。如把黄色颜料和蓝色颜料混合起来，因为黄色颜料吸收蓝光，蓝色颜料吸收红光，因此只有绿色光反射出来，这就是黄色颜料加上蓝色颜料形成绿色的道理。两种颜色的颜料混合后，其光度会低于两色起初的光度。另外，合色越多，其被吸收的光线就会越多，颜色就越接近于黑色。

为什么我们平时看到的铁块是白色的，而铁粉是黑色的？

对于铁块、铁片来说，光线照在上面，其表面形成成镜面反射，因此许多可见光反射入眼，形成白色。而铁粉的表面积小，没有固定的几何形状，因此光照到铁粉表面形成的是漫反射，并没有许多可见光能反射入眼，因此显黑色。

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