对物体颜色的调研2doc.docx
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对物体颜色的调研2doc
对物体颜色的调研
在我们周围，各种各样的物质都具有一定的颜色，黄色的土壤，绿色的树林，红色的血液，蓝色的海洋……不同颜色的各种物质，组成了这五彩缤纷的大千世界。
不难想象，没有颜色，我们的世界将是多么呆滞死板；没有颜色，我们的生活也将会多么枯燥无味!
颜色，不仅装饰了地球、宇宙；颜色，同时也给予我们人类无限生机，无穷快乐！
颜色不仅装饰着整个世界，而且用途越来越广泛。
人类—开始，就已注意对颜色的应用。
例如，我国古代的漆画、瓷器等．就是我们祖先巧妙运用色彩的很好例证。
在日常生活中，我们还常借助颜色以区分各种物体。
随着人们的生活水平的提高，日常穿的衣服不仅要能保暖，而且要漂亮；人们饮食也不再只局限于温饱，而要求色、香、味俱全，即不仅要好吃，还要好看，等等这些，颜色起着十分重要的作用。
分析化学中，还常根据物质颜色深浅来确定物质含量的多少；生物化学家常借助于颜色进行组织研究；药物学家则利用颜色鉴别药物，一种被称为高温涂料的构料可以通过受热后发生颜色变化来指示物质表面的温度，彩色电影，彩色电视，彩色摄影，彩色印刷等等，更是颜色的广阔舞台。
颜色与人关系这么密切，可是，面对这令人眼花缭乱的各种颜色的物质，
现在我们思考一个问题：
物质为什么会呈现出不同的颜色?
物质的颜色是怎样产生的?
物质的颜色与某结构有何关系?
这些却都不容易解释。
颜色这个问题似乎很简单，但真正要弄懂其本质还需要许多方面的知识。
我们先来了解一下有关光的知识。
颜色是由人的视觉得到的，我们可以人眼可以看到物质的条件只有一个。
物质反射光进入我们的眼睛，正如照相机一样，它是靠物质反射光进入照相机在胶片留下一个影。
因为胶片是一种特殊的物质AgS,见光就分解，分解后留下一个影子，就是我们的像。
总之一句话，要是没有光进入我们的眼睛我们是看不到物质的。
在暗室中，在漆黑的夜里，物体的是看不见的。
解释了看见物质的原因我们再来说一下我们为什么可以看到颜色。
颜色与光是密不可分的，颜色是光和眼睛相互作用而产生的。
光是一种可以引起视觉具有波粒二象性的电磁波，既有波动性，又具有粒子性。
在整个电磁波谱中，波长范围只有很窄的一段才能引起我们人类的视觉，这个波长范围的电磁波我们称之为称可见光，一般来说，可见光波长范围大约为400～800nm（1nm=10-9m）.光的波长频率与周期可以用下面公式来联系起来
………………………..①
其中
是光的波长，
是光的速度，所有的光的速度都是相同的都为
m/s,
是光的频率。
不同波长
，也就是说不同
会引起不同的视觉，即感觉到不同的颜色。
只有一种波长的光称为单色光，由具有不同波长的单色光组成的光称为复合光。
我们地球接收的光基本是由太阳发出来传到地球上的。
而－－－－－－－－
.①《光学教程》，姚启钧版
太阳光就是一种由多种波长的光混合而成。
每种颜色的光都有一
定的波长范围。
我们人眼可以看见的波长范围在400430nm----620760nm。
在这个波长范围内的电磁波我们把它叫作可见光。
我不得不补充一下，光既然是一种波，它是可以叠加的，就是说将几种色光按一定比例混合也可得到其他颜色的光。
“光带被染成这样的彩条：
紫色、靛色、蓝色、绿色、黄色、橙色、红色，还有所有的中间颜色，连续变化，顺序连接”②。
牛顿在《光学》里明白无误地指出，白光分光得到的光谱带有七种颜色，这里的光是指可见光。
“其实任意几种光叠加在一起都会有不同颜色的光。
如蓝光和黄光混合可以得到白光。
红加绿得黄，蓝加绿得青，红加蓝得品红，红加蓝加绿得白。
”如果将两种色光按一定比例混合也可得到白光的话，我们称这两种颜色就称为互补色。
我们自然界自然界很少有纯的单色光，我们周围接触到的大多数颜色大多是通过减色混合过程产生的。
例如日光（白光），如果让它通过一个滤色片，除去蓝绿光，眼睛观察到的将是红光。
这种从白光中除去部分色光，得到另一种色光的过程即为减色混合③。
这个原理叫做减色混合原理
－－－－－－－
②《光学》牛顿，周岳明译
③人教版初中物理教材
现在我们可以从宏观方面解释一下物质之所以呈现出某种颜色了.在一般情况下，我们认为物质有选择地吸收了自然界白
光中的某种波长的光，从而呈现出与之互补的那种光的颜色。
例如硫酸铜因吸收白光中的黄光而呈现蓝色，高锰酸钾因吸收白光中的绿光而呈现紫色。
如果白光照到物体上无任何色光被吸收，我们看其为白色；反之，如果入射光全被吸收，则物质为黑色。
这个原理就是我前面提到的光的混合减色原理。
现在我们大概的知道了之物质所以呈现不同颜色是由于物质对不同波长或者说不同频率的光的吸收、反射程度不同。
那物质为什么又能选择性吸收或反射不同波长的光呢?
物质吸收反射光和又什么有关呢？
。
我们现在可以从微观方面来说一下我们看到物质颜色的原因了。
我们知道物质都是由分子、原子等微观物质组成，分子又是由于原子组成，原子又是由原子核和电子组成。
也就是说从微观上讲的话，我们看到物质的颜色是和原子与原子核外电子的某些性质有关。
按照波尔的原子结构理论由原子由原子核和核外电子组成，原子核在内部，核外电子绕着原子核转，就像月球围绕地球一样，而且每一个电子都有自己的轨道，轨道之间电子如果发生跃迁的话会有能量的变化。
他的理论可以这样叙述④：
（1）原子核外的电子只能在某些规定的轨道上绕转；
（2）电子从高能量的轨道跳到低能量的轨道时会有能量的变化。
具体来说，玻尔理论包括三条假说
1、原子能量的量子化假设：
原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中的原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量。
2、原子能级的跃迁假设：
原子从一个定态跃迁到另一个定态时，原子辐射一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定。
3、原子中电子运动轨道量子化假设：
原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道。
由于原子的能量状态是不连续的，因此电子运动的轨道也可能是不连续的，即电子不能在任意半径的轨道上运动。
也就是说原子核外电子有许多能量不同但有个确定值的状态，电子可以从一种状态跳到另一种状态，在跳跃的过程中同时要吸收一定的能量或者释放出一定的能量。
这一能量可以以光的形式提供（吸收）或辐射出来（放出）。
不仅原子，物质的分子或离子也有这种类似的确定的能量状态，分子中电子可在不同状态间跃迁，引起对光的吸收或辐射。
物质吸收光后主要就
－－－－－－－
④《原子物理学》褚圣麟
是发生这种跃迁。
由于各种物质分子的能量状态不同，因而对可见光中不同波长的光吸收便不同，这种差异，便直接决定着物质的颜色。
简单地说，从微观角度上来说物质之所以能呈现各种不同的颜色，就是因为物质在光源（太阳光或其他灯光）提供的能量作用下，构成物质的分子或原子中电子选择性吸收一定波长的光从低能量跃迁到高能量状态，或者由某一高能量状态跃迂回低能量状态，并发射出特定波长的光，从而显示其特有的颜色。
我们继续来说一下同一个原子不同电子能量状态之间的能量转换问题。
为什么光要选择性吸收子主要是一个能量匹配的问题，因为物质分子或原子中电子能量状态的能量是个确定值，因此在两个不同状态发生跃迁，需要的能量值就是两个状态能量值的差值（设E1，E2分别代表不同状态能量），另一方面，一定频率的光具有一定的能量，且可以用下面的公式来描述
E=h
…….⑤
其中E为光能量，
为光的频率，h普朗克为常数，也就是说要发生跃迁，就必符合
△E=E1—E2=h
1
这个条件。
E1、E2为同一个原子不同的电子能量状态。
其中E1为高的能量状态、E2低的能量状态。
1为放出的光子的频率。
我们把这种原子的电子发生跃迁而放出的光称为为原子的特征光。
在根据爱因斯坦光电子假说所描述的原理，物体吸收光子的过程可以被简单描述为以下过程⑥：
1各种频率的光子进入原子范围
2由原子结构不同，吸收和反射光子的频率不同
3原子吸收大部分频率的光子并释放出特定频率的光子
4特定频率的光子被发射出原子，被观察到于是认为该物体呈现发射出的光子所对应的频率的颜色。
也就是说电子在轨道运行时有能量等级,级别越高能量越大,而改变能量等级需要吸收光子或发射光子.能量等级很高的时候就会逃逸成为光电子,等级处于中间时,则可能发射电子使自身能量等级变低或继续吸收光子进而成为光电子。
所以我们根据公式
△E=E1—E2=h
1
可以知道，不同原子吸收光子后，原子的电子发生跃迁而放出的能量是不同的，也就是
1是不同的。
现在我们明白了，我们看到物体的颜色肯定是和我们看到的原子的特征光有关。
需要补充一下，不是所有的物质都是由一种原子构成，所以最后进入我们眼睛的特征光可以是多种特征光叠加后总的特征光。
当然由于能量状态复杂性，事实上选择性吸收或放出的光波长并不只是单个数值，而有一个狭窄的范围。
这些特征光又与减色混合作用剩下的光叠加在一起，进入我们的眼睛。
3600
⑤《光学教程》姚启钧版
⑥XX百科
现在进一步说一下减色原理产生的光在产生后的发生的作用。
减色之后的光也就是说被原子中的电子吸收后剩下的光在进入人眼之前还会发生一些相会作用，最典型的就是散射。
其实原子吸收光子的同时就发生散射。
说道散射我不得不要说康普顿散射。
康普顿散射的过程如下⑦：
h
代表入射光子，h
是的散射之后的光子推导要件:
是碰撞前光子的动量，
是碰撞后光子的动量。
根据物质波公式
由动量守恒得
能量守恒得
⑦维基百科
推导如下：
移项得：
也就是
上面的公式中m是原子核的质量，从这个公式中我们可以看出不同原子核散射后的到光子的波长或者说频率都是不一样的。
所以散射后进入我们眼睛的光的频率会因为原子的不同而不同，因而我们看到的物资的颜色也会不同。
当然了，一个物体中往往含多种原子，散射谱线是非常多的，我们看到最后看到的是总散射的叠加。
到这里我们可以做一个小小的总结，我们最看到的物体的颜色是多方面的。
我们自然界的光照到物质上，首先发生减色作用，有某些频率的光被吸收，吸收后又放出原子的特征光。
没有被吸收的光会发生散射，散射之后波长会发生变化，所以所有原子的特征光和所有散射的光叠加在一起进入我们的眼睛。
这就是我们看到物质颜色的一部分原因。
为什么说是一部分原因呢？
前面我们说了物质的颜色和很多因数有关，前面说的只是一部分原因。
我们是否观察到这样的一个现象，一块纯洁的铁块在明亮的地方看起来是银白色的，然而，当将铁块变成铁粉的时候我们会发现铁粉看起来是黑色的。
这就是为什么我们初中化学会把铁粉描述称黑色粉末。
从我们前面已经讨论过的因数来说铁块和铁粉应该是相同的，那么铁粉和铁块应该有相同的颜色，那么就不会出现现实中的铁块是白色而铁粉是黑色。
开始我试图通过漫反射和镜面反射来解释这个现象：
一块铁块，它的表面比较光滑，所以光照在上面发生镜面反射，当铁块变成铁粉时，由于总的表面不光滑所以发生漫反射，也就是说散射后的光子向个个方向发射，进入人眼的光线不足，所以看起来是黑的。
显然这个解释是不对的，如果是由于漫反射的原因的话，那么我们把光的强度加强的话，进入人眼的光就会更多，那么铁粉是否就会看起来是颜色明亮一些？
还有一个证据，反射光一定的情况下，铁块表面发生镜面反射，那么就会有某个方向光多一些，有一些方向的光少一些那么也就是说铁块在某个方向看起来会是黑色，或者颜色淡。
然而事实证明上面两个现象都不会发生。
增加光的强度铁粉看起来不会是白色，同样铁块也不会有看起来是黑色的角度。
我们思考一下铁粉和铁块有什么区别呢？
首先组成物质的原子相同，状态相同，唯一不同的就是形态。
这里的形态是指晶体内部的晶格状态。
我们来看一下下面这个图------铁的晶格图。
（4600字）
我们可以看到铁的晶格图是一个非常漂亮很有规律的体心立方体晶格。
它的原苞是三个铁原子构成的正四面体。
当光照到晶格上的时候大部分光都会被反射回来，就是减色原理中剩余的光会很多。
当晶体在温度很高或者受到冲击的时候晶格会发生形变。
我们的铁粉显然是相当于受到了冲击，所以铁粉的晶格形状会和铁的有很大的区别。
具体等我情况我不太清楚，但一个很明显的特点就是没有规律，比较混乱。
我们知道杂质也会使得晶体的晶格很混乱，但是这个情况有些不一样。
杂质分子是参与了晶格的形成，也就可以把杂质原子看成是晶格的一部分。
而温度或者冲击导致晶格的变化的实际情况是本来很有序的被打扰了被破坏了，就如原本有整理的很有序整齐的一堆书别你乱翻，打乱了。
从而别破坏了它原来的状态，我们的铁的晶格就类比很整齐的书，而被你破坏的书就类比与我们的铁粉。
当光进入这样的被破坏的晶格时，会在里面不停的反射，最后很大一部分都会被吸收，所以最后反射出来的光很少，即使是正如我前面说的一样，，增加光的强度也不能改变。
因为进去的光绝大部分都在被破坏而显得杂乱无章的晶格里面反射，每次反射都会有一部分被吸收。
最后能反射出晶格外面进入人眼的非常少，所以我们的铁粉就看起来是黑色的。
我们也可以解释为什么在阳光下黑的的东西很容易发热，物质看起来的黑色就说明很少光进入我们的眼睛，大部分的光都在物质里面吸收了，所以黑的的物质就容易发热。
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