核心概念
光
物理
颜色
眼睛
引言
你有没有想过，如果没有颜色，世界会是什么样子？我们大多数人都认为颜色是理所当然的，因为我们到处都能看到它们：蓝天、绿草、黄花等等。你的眼睛实际上能够区分多达 1000 万种颜色！但是，所有颜色都从哪里来？我们的眼睛又是如何探测到所有这些颜色的呢？借助一些阴影来找出答案。然后你就可以用光作画——通过混合红色、绿色和蓝色光来创造你自己的颜色混合！
背景
几个世纪以来，色彩视觉一直令研究人员着迷。颜色背后的科学基础是可见光波长范围在 400 到 700 纳米之间。如果光线照射到物体上，物体会吸收一部分光，并反射其余的光。被反射的波长是你的眼睛感知到的波长，并决定你将看到的颜色。但是，眼睛如何接收不同的波长呢？为此，人类的眼睛视网膜中有特殊的颜色受体细胞，称为视锥细胞。视锥细胞有三种不同的类型。每种类型都对特定的光谱波长做出反应，因此，对某种颜色（红色、绿色或蓝色）最敏感。一旦光线到达你的眼睛，每种类型的视锥细胞都会受到不同波长的不同刺激。来自每个视锥细胞的信号差异使大脑能够感知到连续的颜色范围。但这需要混合颜色才能获得不同的色调。
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你可能已经了解了原色。这些颜色可以组合和混合，以创造出各种各样的其他颜色。你可以通过加色或减色组合来混合颜色。当您重叠两种或多种不同颜色的光束时，就会发生加色组合，这是大多数电子视觉显示器中使用的原理。当您将光线穿过彩色滤光片时，会发生颜色的减色组合，每个滤光片都会减去（或吸收）原始光线的一些波长。加色混合常用的原色是红色、绿色（而不是黄色）和蓝色（这些是您的三种不同视锥细胞类型最敏感的颜色范围）。通过混合它们，你可以创造出三种间色和一种三次色。准备好你的手电筒，亲眼看看吧！
材料
黑暗的房间
一张白纸或白色海报板
三个光强度相似的小手电筒
蓝色、红色和绿色玻璃纸（大多数工艺品店有售）
三个橡皮筋
笔
纸板箱
尺子或卷尺
宽约五到六厘米（两英寸）的纸条（可选）
准备工作
从每种颜色的玻璃纸（红色、蓝色和绿色）上剪下五个正方形，尺寸要适合覆盖手电筒的前端，并稍有重叠。
拿起一种颜色的五个正方形，将它们折叠在其中一个手电筒的前端。用橡皮筋将彩色玻璃纸片紧紧地固定在手电筒上。
对其他两种颜色和手电筒执行相同的操作。
将白纸或海报板靠在桌子上的墙上，作为屏幕。
将纸板箱放在白色屏幕前面。
关掉房间里所有的灯。（应该相对黑暗才能看到颜色效果。）
步骤
拿起“红色”手电筒并打开。将光线指向白色屏幕。你在白纸上看到的灯光是什么颜色？
在灯光仍然打开的情况下，将手电筒放在纸板箱上。调整箱子和屏幕之间的距离以及你的光锥大小，直到你在白纸屏幕上看到一个漂亮的完整的光圈。现在，拿起你的笔，垂直地握住它，放在手电筒和白色屏幕之间。当你看着屏幕时，你看到了什么？阴影是特定的颜色吗？
在保持笔在相同位置的同时，拿起尺子，将尺子的一端指向红色手电筒的中心。将另一端指向屏幕，使其接触你在屏幕上看到的阴影。你的笔相对于尺子位于哪里？
关闭红色手电筒，并使用蓝色和绿色手电筒，一次一个，重复步骤 1、2 和 3。每种颜色的光线在屏幕上看起来如何？阴影的颜色是否随着不同颜色而变化？笔是否始终位于相对于尺子的相同位置？
拿起红色和绿色手电筒，并将它们都打开。将手电筒并排放置在纸板箱上，使它们都指向屏幕。确保两个光圈大小相同。现在移动红色手电筒，使红色圆圈与屏幕上的绿色圆圈重叠。绿色光线与红色光线重叠后会发生什么？绿色光线的颜色会改变吗？屏幕上的圆圈现在是什么颜色？
在绿色和红色光线仍然重叠的情况下，再次拿起你的笔，垂直地握住它，放在灯光和屏幕之间。你在屏幕上看到笔的阴影吗？有几个？它们是什么颜色？
用蓝色手电筒替换绿色手电筒。将其放在纸板箱上，使蓝色和红色圆圈重叠。蓝色和红色的组合是否产生不同的颜色？现在的颜色看起来像什么？
再次拿起你的笔，垂直地握住它，放在灯光和屏幕之间。这次你看到几个阴影？阴影的颜色是否再次改变？
现在用绿色手电筒替换红色手电筒。再次在白色屏幕上组合颜色圆圈。你现在看到什么颜色？它看起来与绿色和蓝色非常不同吗？
最后，让绿色和蓝色手电筒放在纸板箱上，并添加红色手电筒。尝试将所有三个颜色圆圈组合成一个。混合颜色看起来像什么？你是否期望现在在屏幕上看到的颜色？你认为所有三种颜色的组合为什么会产生这种颜色？
垂直握住你的笔，放在三个灯光和白色屏幕之间。你在屏幕上能看到什么？阴影不止一个吗？有几个？它们的颜色是什么？你认为它们从哪里来？
附加内容： 在所有三个手电筒仍然打开并组合成屏幕上的一个光圈的情况下，尝试使用比你的笔更宽的物体（例如宽纸条）来制作阴影。当你将纸条放在灯光和墙壁之间时，改变物体和屏幕之间的距离。当你将物体移近屏幕时，墙壁上的颜色和阴影数量是否会发生变化？你能创造出多少种不同的颜色？
附加内容： 将所有三个手电筒放在面向屏幕的纸板箱上。这次，以这样一种方式指向它们，使每个彩色圆圈仅与另一个圆圈部分重叠。你在每个圆圈与另一个圆圈重叠的地方看到什么颜色？你在所有圆圈重叠的地方看到什么？
附加内容： 将绿色和红色手电筒照射到白色屏幕上，并组合它们的光束。拿起尺子，将尺子的一端放在红光的中心。将尺子的另一端指向屏幕，使其接触白色屏幕。接下来，将你的笔垂直地放在尺子的正上方，放在灯光和屏幕之间，并查看你在白色屏幕上看到的阴影。尺子在屏幕上接触到的阴影是什么颜色？你能解释一下它为什么是这种颜色吗？现在将面向红光的尺子末端指向绿光。笔现在相对于尺子位于哪里？
附加内容： 使用不同的背景颜色而不是白色海报板。你是否得到不同颜色的阴影？ 也尝试更改手电筒的颜色。不同颜色的灯光会改变你的阴影调色板吗？
观察和结果
通过混合颜色，你创造了多少种不同颜色的阴影？可能有很多。这个实验是加色混合的一个例子，这意味着你叠加了两个或三个光束，将它们混合成不同的颜色。许多电视和电脑显示器都以这种方式工作，仅使用原色红色、蓝色和绿色来产生各种颜色。
如果你只有一个灯光照射到你的屏幕上（红色、蓝色或绿色），那么你屏幕上的灯光应该具有相同的颜色。将笔放在灯光和屏幕之间只会产生一个阴影，它是黑色的。要理解阴影，你需要知道光线以直线传播。当你使用尺子将光源与墙壁上的阴影连接起来时，你确实看到了这一点。你可能已经注意到，笔始终直接位于与尺子相同的直线上，这意味着墙壁上的阴影正是笔挡住手电筒所有光线的地方产生的。现在，当你开始组合两种颜色时，墙壁上的斑点应该已经变成了不同的颜色。每种灯光组合都会对你的视锥细胞产生不同的刺激，并且根据这些细胞发送到你大脑的信号，你就会感知到不同的颜色。红色和绿色组合成黄色；红色和蓝色变成粉红色，称为品红色；蓝色和绿色变成浅蓝绿色，称为青色。这些颜色都称为间色，因为它们都是两种原色的产物。展示来自红色、蓝色和绿色的所有原色、间色和三次色的一个好方法是仅部分重叠屏幕上所有三个光圈。
当你将笔放在两种组合颜色的光线和墙壁之间时，你看到了两个阴影；每个阴影都有两个光源中一个的颜色。同样，这是由于光线以直线传播的事实，如果你做了额外的活动，你应该已经看到，如果你将笔直接放在从红色手电筒指向墙壁的尺子线上，则在尺子另一端产生的阴影应该是绿色的。这意味着在沿尺子的路径上，笔挡住了红光并产生了阴影。但是，当你将尺子指向绿色手电筒时，你可能已经注意到绿色光线的路径没有被笔挡住，这就是阴影看起来是绿色的原因。当你添加第三种颜色，组合所有三种原色时，产生的颜色是白色。当我们所有类型的视锥细胞都受到同等程度的刺激时，我们就会感知到“白色”，当你组合所有三种原色时，情况就是如此。
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