如何认识关于物体颜色的几个问题？

光是电磁波，能引起人的视觉反应的那段电磁波称为可见光，不同频率的可见光给人的刺激不同，从而使人感觉到不同的颜色。整个可见光大体均分为三部分，其颜色分别是红、绿、蓝，它们称为三原色，把它们按照不同的比例混合可以得到各种不同颜色的光。在光学中，两种色光以适当的比例混合而能产生白光时，这两种颜色就称为“互为补色”，分别与红、绿、蓝三种颜色互补的是靛青、品红和黄色，它们称为颜料的三原色。

颜色是人的基本视觉之一，自然界的颜色有无穷多种，把其中的三种颜色按不同的比例进行混合可以得到各种颜色，这就是“三原色”。实际上我们所说的“三原色”有两种，那么它们之间的关系是什么，它们在实际中有什么用处？这些问题都是与我们生活密切相关的，具有重要意义。

一、什么是“色光的三原色”

光是一种电磁波，可见光只是电磁波谱大家族中很窄的一小段，即频率在（4.3 ~ 7.5）×10¹⁴ Hz 之间的电磁波。可见光范围内不同频率的电磁波射入人的眼睛，会引起不同的视觉反应，即感觉为不同的颜色。

太阳所发射的光中含有可见光的所有成分，我们看见的是所有这些频率的光的混合，称为白光。在某些特定的场合，例如让阳先通过三棱镜的两次折射后，不同频率的色光被分开，成为单色光，称为光的色散。但严格意义上的单色光是不存在的，我们所说的单色光只是频率范围很窄的那一部分色光。一般说太阳光中含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色，这也只是一种粗略的划分。如果把整个可见光谱大致均分为三份，按照频率从低到高排列，分别是红、绿、蓝，我们把它们称为“三原色”。

在彩色电视机、LED 屏等技术中，必须用到“三原色”的原理，即要用最少的三种色光按不同的比例混合成各种颜色。2014 年诺贝尔物理学奖授予三位物理学家（两位日本人，一位日裔美国人），理由是他们发明了蓝色高亮发光二极管。由于在这之前已经有了红色和绿色的高亮发光二极管，因此蓝色高亮发光二极管的发明使得 LED 可以发出各种不同颜色的光，包括白光，这就使得 LED 屏的更广泛应用成为可能。

二、什么是“颜料的三原色”？

我们眼睛看到的自然界绚丽多彩的各种颜色，更多的是在阳光照射下物体所反射的色光不同而造成的，包含所有可见光成分的太阳光照射到物体表面，它们会吸收其中的一部分而反射另一部分，反射的色光的成分就决定了物体的颜色。

画家靠颜料涂抹出自然界的各种颜色，自然界的色彩可以说有无穷多种，而画家们手里的颜料数量是有限的，更多的色彩要靠他们自己调配。这就出现了一个问题，他们手里的颜料数量最少要有几种呢？答案是三种，即是颜料的三原色：品红、黄、靛青。

其实比画家更关心这个问题的是从事彩色印刷的工程师们。现代的彩色印刷技术是指把图片原稿复制为彩色印刷品的工艺。他们利用四色版能印出各种颜色。印刷时将原稿分成三种原色和黑色。三种原色为靛青、品红、黄，黑色则是用来调整色彩的明暗和反差，加重色调和图像对比。照相凸版或胶印原稿分色以后，对四种颜色中的每一色分别制版。印刷时每种颜色都用透明油墨，使四色糅合并使套印位置准确。这样四色版即可将原稿重现，毫厘不差。

彩色喷墨打印机一般也配备了四种颜色的墨永，即三原色加黑色，由计算机控制每个像素上每种颜色墨水的比例，就能打印出各种色彩的图形。

三、两种“三原色”是怎样的关系？

图 1 是一本初中物理教科书上关于两种三原色的图，图 1 甲表示色光的三原色是红、绿、蓝；图 1 乙表示颜料的三原色是靛青、品红、黄，这二者之间是怎样的关系呢？简单地说是互补色关系。

在光学中两种色光以适当的比例混合而能产生白光时，这两种颜色就称为“互为补色”，简称为互补色。

颜料涂抹在画布或纸张上，之所以能显示出不同的颜色，是由于白光（阳光）照射到它上面时，会有选择地吸收某些色光而反射另外部分的色光，它的颜色就是由它所反射的色光决定的。例如某种颜料吸收红光，它反射除红光外的其他色光，即它反射绿光和蓝光，呈现出的颜色就是靛青，可以说靛青就是蓝色和绿色的混合，它与红色是互补色。另一种颜料吸收绿光，反射除绿色以外的光，即反射红光和蓝光，呈现的颜色就是品红，因此品红就是红色与蓝色的混合，它与绿色是互补色。吸收蓝光的颜料，反射除蓝色以外的色光，即反射红光和绿光，呈现的颜色是黄色，因此黄色是红色与绿色的混合，它与蓝色是互补色。

如此说来，颜料的三原色与色光的三原色一一对应，是互补色关系。如果把图 1 乙图绕垂直于平面中心的轴沿顺时针方向旋转 120° 角，如图 2 乙所示，再与图 2 甲对照，其一一对应的关系就清楚了：红——靛青、绿——品红、蓝——黄。图 2 甲的中心是白色，图 2 乙的中心是黑色，白色就是所有的色光都不吸收而全部反射，黑色则是所有的色光全部吸收而不反射，白色与黑色也是互补色。

其实在图 2 甲中已经把这种关系展现得很清楚了，我们在图 3 中把它们都一一标注出来。其中三个圆形表示的区域就是色光三原色，而两个圆的交叠区域则是颜料的三原色，三个圆交叠的区域则是白色。

红、绿、蓝称为色光三原色，是指如果有三个发光体分别发出这三种色光，按适当的比例混合就能得到各种颜色的光，包括白光。颜料的三原色则是指在白光照射下，分别吸收红、绿、蓝这三种色光而看到的颜色，具体地说：吸收红光，反射的是靛青色；吸收绿光，反射的是品红色；吸收蓝光，反射的是黄色。三种颜料同时涂抹，白光被全部吸收，呈现黑色。

四、怎样用旋转的圆板做好“三原色”合成白光的演示实验？

在一块圆板上大致均分成三份，分别涂上红、绿、蓝三种颜色的颜料，如图 4（a）所示，使它绕垂直于板面的中心轴快速旋转，是否可以看到“三原色”合成白光的现象呢？

答案是否定的。

红、绿、蓝是色光组合的三原色，而不是颜料的三原色。实验应如图 4（b）所示的那样让圆盘的三部分分别发出红光、绿光、蓝光，例如分别放置发三种色光的发光二极管，或者在后面设置一个发白光的光源，前面分别放置不同颜色的三块滤光片，实验即可成功。如果经过滤光片后射出的色光强度不够，最好把室内照明的光线调暗些，例如拉上遮光的窗帘、关闭室内照明的电灯等，演示效果会更好。

那么，采用图 4（a）所示的装置，又会看到怎样的结果呢？在白光照射下，涂红色颜料的部分吸收了绿光和蓝光而反射红光，可以认为大体上吸收了白光中的 2/3 而反射其中的 1/3，同样，涂绿色颜料的部分和涂蓝色颜料的部分，也是大体吸收了白光中的 2/3 而反射其中的 1/3。快速旋转，由子视觉暂留，人眼是分辨不出来各部分的不同的，总体上是照射到圆盘上的白光只有大约 1/3 被反射回来，看到的是灰色而不是白色。

如果改用如图 5 所示的实验图，把圆盘的三部分分别涂成靛青、品红及黄色，又如何呢？当白光照射到圆盘上面时，各部分都大体反射回白光总量的 2/3，眼睛看到是更浅的灰色，也不是白色。但如果使用的光源是强光源，虽然被吸收了总量的 1/3，反射的仍有全部的 2/3，看起来更接近白色。

五、关于色光的三要素

初中物理老师和学生对于乐音的三要素是很熟悉的，它们指的是：音调、声强或响度、音色（也称音品）。同样对于物体的颜色，也有相应有三要素，它们分别是：色调、亮度、饱和度。

色调由光波的频率决定，它对应着声音中的音调；亮度是描述发光体（反光体）表面发光（反光）强弱的物理量，它与声音中的响度相对应；饱和度是反映色彩鲜艳程度，或者说是反映色彩纯度的物理量，它与声音中的音色相对应，如果饱和度是 100%，则表示其中完全不含有除这种颜色以外的其他颜色的光，而饱和度越低，则表示其中含有的其他颜色的光波成分越多。

发布时间：2024/10/26 下午2:04:02  阅读次数：314