核心概念
光
物理學
顏色
波長
引言
你有沒有看過日落，並好奇為什麼天空會突然從藍色變成橙色和紅色？即使在白天，天空也可能有多種顏色，從亮藍色到灰色或白色。這些顏色從何而來？在這個活動中，你將會找到答案，並在玻璃杯中模擬你自己的日落！準備好觀看太陽下山了嗎？
背景知識
到達地球的大部分光線來自太陽，太陽是我們星球的主要光源。來自太陽的光被稱為白光，但實際上它是所有顏色的組合。當白光被雨滴分離成其單獨的顏色時，你可以在彩虹中看到這些顏色。每種顏色都以特定的波長為特徵，因為光以波的形式在空間中傳播。一些波長較短，能量較高，例如藍光；一些波長較長，能量較低，例如紅光。
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如果這些波撞擊到物體，它們可以以幾種方式與物體相互作用：它們可以像鏡子一樣從物體反射回來；它們可以被吸收，這意味著它們被物體捕獲；或者它們可以被散射並向不同方向偏轉。
這一切與天空的顏色有什麼關係呢？答案是，在陽光到達地球之前，它首先必須穿過我們的大氣層，大氣層是由主要由氮氣和氧氣微小分子組成的氣體層，它環繞著我們的星球。當陽光穿過大氣層時，白光與這些氣體分子相互作用，並向各個方向散射。但是，並非所有波長的光都以相同的方式散射。較短的波長，例如藍光，比較長的波長散射得多。這種散射的藍光是我們所看到的，也是天空呈現藍色的原因。
當太陽落山時，它在天空中的位置要低得多，這意味著陽光必須穿過大氣中更多的空氣才能到達你的眼睛。這會導致藍光的更大散射。你現在看到的剩餘波長是散射較少的較長波長，例如橙色和紅色。空氣中的小顆粒會增強散射效應，這就是為什麼在霧霾天或空氣汙染嚴重時，日落看起來會更紅的原因。想自己看看嗎？那就試試這個活動，把白光變成日落吧！
材料
高玻璃杯或罐子（至少16盎司）
水
牛奶
茶匙
發出白光的明亮手電筒
可以容忍水濺的工作場所
準備
將你的玻璃杯或罐子裝滿自來水。
在你的工作場所組裝你的材料。
步驟
從側面用手電筒照射玻璃杯中的水。當你從正面看玻璃杯時，水看起來是什麼樣子的？是什麼顏色？你能看到光線穿過水嗎？光束是窄的還是寬的？
在水中加入約一茶匙牛奶，攪拌均勻。水現在看起來怎麼樣？它仍然清澈還是看起來渾濁？
拿起手電筒，從側面照射溶液。溶液的顏色會改變嗎？如果是，你認為顏色變化發生的原因是什麼？你看到什麼顏色？你還能看到光線穿過溶液嗎？
現在不要從玻璃杯的側面照射手電筒，而是把它放在玻璃杯的頂部，從頂部照射溶液。當你從頂部照射溶液時，會發生什麼變化？溶液的顏色在整個玻璃杯中看起來都一樣，還是頂部和底部不同？你能解釋你的觀察嗎？
額外： 如果你在水中加入更多的牛奶會怎麼樣？用不同量的牛奶重複此活動。你還能看到和以前一樣的顏色嗎？當你向水中加入更多的牛奶時，會發生什麼變化？
額外： 你可以用其他物質代替牛奶，並仍然獲得相同的結果嗎？嘗試來自你廚房的不同溶液並找出答案！所有這些物質有什麼共同點？
觀察和結果
你是否在你的玻璃杯或罐子裡看到了日落？在你的容器中只有水的情況下，你應該看到一個清澈的溶液。即使你用光照射，它的顏色和外觀也不會發生太大變化。你可能看到了光束穿過水，它應該是相對較窄的，因為光線與水分子的相互作用不多。如果向水中加入牛奶，溶液就會發生變化。牛奶是一種乳液，這意味著它由許多分散在溶液中的微小不溶性脂肪顆粒組成。這就是為什麼在向水中加入牛奶後，溶液會變得渾濁的原因。
當你從側面用手電筒照射牛奶-水混合物時，光波會與溶液中的微小顆粒相互作用，並以與陽光在大氣中被氣體分子散射的相同方式發生散射。由於藍光散射最多，你的溶液應該呈現出輕微的藍色。從頂部照射溶液會增加光波必須穿過水-牛奶混合物的距離。這意味著藍光可以在整個溶液中散射得更多。這就是為什麼在玻璃杯底部幾乎沒有藍光殘留的原因——它看起來是黃色或橙色的。隨著藍光被散射出去，溶液應該從頂部的淡白色-藍色變成底部的黃色-橙色——就像日落一樣！
清理
將牛奶-水溶液倒入水槽，清理任何溢位物並洗手。
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