一个关于光的散射的科学实验
为什么天空在白天是蓝色，但是在傍晚却变成了彩虹的颜色？请准备一个手电筒，制作属于自己落日余晖来一探究竟。
基本概念
光
物理学
颜色
波长
引言
你是否看过日落,并好奇为什么日落之时天空竟突然从蓝色变成橙红色？甚至在白天天空也会包含了多种颜色，从宝蓝色到灰色或白色。这些颜色从何处而来？在接下来的实验活动中，你将会找到答案。在玻璃杯中模拟出属于你自己的日落！准备好观察太阳落山了吗？
背景
大部分从太空抵达地球的光线都来自于太阳，而太阳是地球上最主要的光源。来自太阳的光被称为白光，它实际上是由所有颜色的光混合而成的。当白光照射在雨滴上，它就会被分离成几种独立的颜色光线，于是你就可以在彩虹上看到这些颜色。当光以波的形态穿越太空时，每一种颜色的光都具备独一无二的波长。有一些颜色的光的波长比较短，但是却具有更高的能量，比如蓝光；与之相反的是另外一些光线的波长较长，但具有的能量更低，比如红光。
如果光波遇到物体，会以以下几种方式与物体相互作用：①被物体反射回来，就像光线被镜子反射回来一样；②被物体吸收，意味着光线被该物体所捕获；③发生散射从而偏向不同的方向。
这和天空的颜色有什么关系呢？答案是：在太阳光抵达地球之前，它首先得穿过由氮氧原子组成的小分子所环绕的地球大气层。当太阳光通过大气层时，白光会和气体分子相互作用，从而被散射到各个方向。但是，并不是所有的光都以相同的方式进行散射。波长短的光（如蓝光）比波长长的光（如红光）要散射的更多。正是被散射的蓝光才使得天空看起来是蓝色。
当太阳降落时，太阳在天空中所处的位置更低，这意味着太阳光不得不穿过更多空气才能被我们看见。这就导致了蓝色光散射的较多。我们看见的光线就是较少发生散射且波长较长的光线，比如橙光和红光。大气中的细小颗粒能增强散射效应，这也就解释了为什么在雾天或雾霾天，日落会变得更红。想自己观看日落吗？试一试我们的实验，你就可以变白光为日落。
材料
高玻璃杯或广口瓶（至少16盎司）
水
牛奶
茶匙
能发白光的亮手电筒
能够承受溢水的工作场所
准备
将玻璃瓶或广口瓶灌满自来水
在你的工作场所组装好材料
实验步骤
用手电筒从装有水的玻璃杯的一侧照射。在正前方观察玻璃杯，杯中的水看起来像什么，呈现出什么颜色？你能看到光在水中的传播吗？光束是变窄了还是变宽了呢？
向水中加入一茶匙的牛奶，然后搅拌，直至完全混合。现在的水看起来又是什么样子呢？是仍然清澈还是一片浑浊呢？
拿起手电筒，并从混合溶液的一侧照射。然后观察溶液的颜色是否发生变化？如果改变了，想想颜色为什么会改变呢？这时你是否还能看见光在溶液中的传播呢？
现在我们不再用手电筒从装有溶液玻璃杯的一侧照射，而是从玻璃杯的顶端照射。当光线从玻璃杯的顶端通过溶液时，你能观察出什么变化吗？此时，溶液的颜色是完全相同还是在溶液的顶端和底部分别呈现出不同的颜色呢？你能解释你所观察到的现象吗？
进一步探索:如果你加入更多的牛奶会发生什么情况呢？通过加入不同量的牛奶重复上述实验。你是否还可以看到与之前实验相同的颜色？当你加入更多的牛奶时会有什么变化呢？
进一步探索:如果你用其他的物质代替牛奶是否可以得到同样的实验结果呢？使用厨房中不同的溶液来重复实验来发现结论！不同溶液的实验结果是否具有共同之处呢？
观察和结果
你是否从玻璃杯或广口瓶中看到日落？如果容器中只有水，你看见的应该是透明的溶液。甚至当你用光去照射时，水的颜色和外观没有多大的变化。你可以看见略微变窄的光束在水中传播，，因为光与水分子的相互作用不大。如果你向水中添加牛奶，溶液便因此发生变化。牛奶是一种由分散在溶液中不可溶解的脂肪颗粒所构成的乳液。这也就是为什么向水中加入牛奶后溶液会变得浑浊起来的原因。
当你用手电筒从玻璃杯的一侧照射水和牛奶的混合溶液时，光波与溶液中的细小颗粒相互作用，然后被散射，与太阳光被大气层中的气体分子散射的方式相同。因为蓝光被散射的较多，所以你的溶液就会呈现出淡淡的蓝色。当你用手电筒从玻璃杯的顶端照射时，增加了光波在水和牛奶的混合溶液中传播的距离。那也就意味着光在通过溶液时，蓝光将被散射的更多。这就解释了为什么在溶液的底部几乎没有剩下蓝色的光线，从而看起来是黄色或橙色。因为蓝光被散射走了，所以在溶液的顶部呈现出白色或蓝色，底部呈现黄色或橘色，就像一轮日落。
清理
将牛奶与水的混合溶液倒入水槽，清理溢出的水，然后洗手。
作者: Svenja Lohner
翻译:邱云
审稿:赵昌昊
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