核心概念
光
物理
顏色
眼睛
引言
你有沒有想過，如果沒有顏色，世界會是什麼樣子？我們大多數人都認為顏色是理所當然的，因為我們到處都能看到它們：藍天、綠草、黃花等等。你的眼睛實際上能夠區分多達 1000 萬種顏色！但是，所有顏色都從哪裡來？我們的眼睛又是如何探測到所有這些顏色的呢？藉助一些陰影來找出答案。然後你就可以用光作畫——透過混合紅色、綠色和藍色光來創造你自己的顏色混合！
背景
幾個世紀以來，色彩視覺一直令研究人員著迷。顏色背後的科學基礎是可見光波長範圍在 400 到 700 奈米之間。如果光線照射到物體上，物體會吸收一部分光，並反射其餘的光。被反射的波長是你的眼睛感知到的波長，並決定你將看到的顏色。但是，眼睛如何接收不同的波長呢？為此，人類的眼睛視網膜中有特殊的顏色受體細胞，稱為視錐細胞。視錐細胞有三種不同的型別。每種型別都對特定的光譜波長做出反應，因此，對某種顏色（紅色、綠色或藍色）最敏感。一旦光線到達你的眼睛，每種型別的視錐細胞都會受到不同波長的不同刺激。來自每個視錐細胞的訊號差異使大腦能夠感知到連續的顏色範圍。但這需要混合顏色才能獲得不同的色調。
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你可能已經瞭解了原色。這些顏色可以組合和混合，以創造出各種各樣的其他顏色。你可以透過加色或減色組合來混合顏色。當您重疊兩種或多種不同顏色的光束時，就會發生加色組合，這是大多數電子視覺顯示器中使用的原理。當您將光線穿過彩色濾光片時，會發生顏色的減色組合，每個濾光片都會減去（或吸收）原始光線的一些波長。加色混合常用的原色是紅色、綠色（而不是黃色）和藍色（這些是您的三種不同視錐細胞型別最敏感的顏色範圍）。透過混合它們，你可以創造出三種間色和一種三次色。準備好你的手電筒，親眼看看吧！
材料
黑暗的房間
一張白紙或白色海報板
三個光強度相似的小手電筒
藍色、紅色和綠色玻璃紙（大多數工藝品店有售）
三個橡皮筋
筆
紙板箱
尺子或捲尺
寬約五到六釐米（兩英寸）的紙條（可選）
準備工作
從每種顏色的玻璃紙（紅色、藍色和綠色）上剪下五個正方形，尺寸要適合覆蓋手電筒的前端，並稍有重疊。
拿起一種顏色的五個正方形，將它們摺疊在其中一個手電筒的前端。用橡皮筋將彩色玻璃紙片緊緊地固定在手電筒上。
對其他兩種顏色和手電筒執行相同的操作。
將白紙或海報板靠在桌子上的牆上，作為螢幕。
將紙板箱放在白色螢幕前面。
關掉房間裡所有的燈。（應該相對黑暗才能看到顏色效果。）
步驟
拿起“紅色”手電筒並開啟。將光線指向白色螢幕。你在白紙上看到的燈光是什麼顏色？
在燈光仍然開啟的情況下，將手電筒放在紙板箱上。調整箱子和螢幕之間的距離以及你的光錐大小，直到你在白紙螢幕上看到一個漂亮的完整的光圈。現在，拿起你的筆，垂直地握住它，放在手電筒和白色螢幕之間。當你看著螢幕時，你看到了什麼？陰影是特定的顏色嗎？
在保持筆在相同位置的同時，拿起尺子，將尺子的一端指向紅色手電筒的中心。將另一端指向螢幕，使其接觸你在螢幕上看到的陰影。你的筆相對於尺子位於哪裡？
關閉紅色手電筒，並使用藍色和綠色手電筒，一次一個，重複步驟 1、2 和 3。每種顏色的光線在螢幕上看起來如何？陰影的顏色是否隨著不同顏色而變化？筆是否始終位於相對於尺子的相同位置？
拿起紅色和綠色手電筒，並將它們都開啟。將手電筒並排放置在紙板箱上，使它們都指向螢幕。確保兩個光圈大小相同。現在移動紅色手電筒，使紅色圓圈與螢幕上的綠色圓圈重疊。綠色光線與紅色光線重疊後會發生什麼？綠色光線的顏色會改變嗎？螢幕上的圓圈現在是什麼顏色？
在綠色和紅色光線仍然重疊的情況下，再次拿起你的筆，垂直地握住它，放在燈光和螢幕之間。你在螢幕上看到筆的陰影嗎？有幾個？它們是什麼顏色？
用藍色手電筒替換綠色手電筒。將其放在紙板箱上，使藍色和紅色圓圈重疊。藍色和紅色的組合是否產生不同的顏色？現在的顏色看起來像什麼？
再次拿起你的筆，垂直地握住它，放在燈光和螢幕之間。這次你看到幾個陰影？陰影的顏色是否再次改變？
現在用綠色手電筒替換紅色手電筒。再次在白色螢幕上組合顏色圓圈。你現在看到什麼顏色？它看起來與綠色和藍色非常不同嗎？
最後，讓綠色和藍色手電筒放在紙板箱上，並新增紅色手電筒。嘗試將所有三個顏色圓圈組合成一個。混合顏色看起來像什麼？你是否期望現在在螢幕上看到的顏色？你認為所有三種顏色的組合為什麼會產生這種顏色？
垂直握住你的筆，放在三個燈光和白色螢幕之間。你在螢幕上能看到什麼？陰影不止一個嗎？有幾個？它們的顏色是什麼？你認為它們從哪裡來？
附加內容： 在所有三個手電筒仍然開啟並組合成螢幕上的一個光圈的情況下，嘗試使用比你的筆更寬的物體（例如寬紙條）來製作陰影。當你將紙條放在燈光和牆壁之間時，改變物體和螢幕之間的距離。當你將物體移近螢幕時，牆壁上的顏色和陰影數量是否會發生變化？你能創造出多少種不同的顏色？
附加內容： 將所有三個手電筒放在面向螢幕的紙板箱上。這次，以這樣一種方式指向它們，使每個彩色圓圈僅與另一個圓圈部分重疊。你在每個圓圈與另一個圓圈重疊的地方看到什麼顏色？你在所有圓圈重疊的地方看到什麼？
附加內容： 將綠色和紅色手電筒照射到白色螢幕上，並組合它們的光束。拿起尺子，將尺子的一端放在紅光的中心。將尺子的另一端指向螢幕，使其接觸白色螢幕。接下來，將你的筆垂直地放在尺子的正上方，放在燈光和螢幕之間，並檢視你在白色螢幕上看到的陰影。尺子在螢幕上接觸到的陰影是什麼顏色？你能解釋一下它為什麼是這種顏色嗎？現在將面向紅光的尺子末端指向綠光。筆現在相對於尺子位於哪裡？
附加內容： 使用不同的背景顏色而不是白色海報板。你是否得到不同顏色的陰影？ 也嘗試更改手電筒的顏色。不同顏色的燈光會改變你的陰影調色盤嗎？
觀察和結果
透過混合顏色，你創造了多少種不同顏色的陰影？可能有很多。這個實驗是加色混合的一個例子，這意味著你疊加了兩個或三個光束，將它們混合成不同的顏色。許多電視和電腦顯示器都以這種方式工作，僅使用原色紅色、藍色和綠色來產生各種顏色。
如果你只有一個燈光照射到你的螢幕上（紅色、藍色或綠色），那麼你螢幕上的燈光應該具有相同的顏色。將筆放在燈光和螢幕之間只會產生一個陰影，它是黑色的。要理解陰影，你需要知道光線以直線傳播。當你使用尺子將光源與牆壁上的陰影連線起來時，你確實看到了這一點。你可能已經注意到，筆始終直接位於與尺子相同的直線上，這意味著牆壁上的陰影正是筆擋住手電筒所有光線的地方產生的。現在，當你開始組合兩種顏色時，牆壁上的斑點應該已經變成了不同的顏色。每種燈光組合都會對你的視錐細胞產生不同的刺激，並且根據這些細胞傳送到你大腦的訊號，你就會感知到不同的顏色。紅色和綠色組合成黃色；紅色和藍色變成粉紅色，稱為品紅色；藍色和綠色變成淺藍綠色，稱為青色。這些顏色都稱為間色，因為它們都是兩種原色的產物。展示來自紅色、藍色和綠色的所有原色、間色和三次色的一個好方法是僅部分重疊螢幕上所有三個光圈。
當你將筆放在兩種組合顏色的光線和牆壁之間時，你看到了兩個陰影；每個陰影都有兩個光源中一個的顏色。同樣，這是由於光線以直線傳播的事實，如果你做了額外的活動，你應該已經看到，如果你將筆直接放在從紅色手電筒指向牆壁的尺子線上，則在尺子另一端產生的陰影應該是綠色的。這意味著在沿尺子的路徑上，筆擋住了紅光併產生了陰影。但是，當你將尺子指向綠色手電筒時，你可能已經注意到綠色光線的路徑沒有被筆擋住，這就是陰影看起來是綠色的原因。當你新增第三種顏色，組合所有三種原色時，產生的顏色是白色。當我們所有型別的視錐細胞都受到同等程度的刺激時，我們就會感知到“白色”，當你組合所有三種原色時，情況就是如此。
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