LED光源三基色混色实验方案

向雪芹

青少年在中学阶段逐渐从具体（实体）运算阶段进入形式（抽象）运算阶段，物理学作为中学阶段重要的基础课程，其逻辑性和思维性要求较强，对培养青少年掌握抽象逻辑思维和对规则的演绎推理有重要作用.如何在教学过程中由实体现象引导学生理解抽象知识，是高中物理教学的一大难点.例如教材光学部分实际教学中，由于光谱学的物理概念抽象晦涩，而相关的实验操作仪器复杂，学生在课堂中多只能通过书本或ppt图片学习，对光谱及其原理缺乏直观的认识，教学效率较低.

为此我们借鉴色度学和分光仪器原理，利用红绿蓝三种光谱颜色的发光二极管（LED）光源，自行设计了简便易行的演示实验用于课堂演示，可以使学生直观的观察到三基色相加混合产生不同色彩的效果.本教具能加深学生对光谱学知识的理解，同时激发学生探索物理学原理的兴趣.

1实验方案

三基色混合实验需要使用红绿蓝三种光谱颜色光源.根据色度学原理，所有颜色均可由红（700 nm）、绿（546 nm）、蓝（435 nm）三种颜色混合相加生成，这三种颜色被称为三基色.

将红、绿、蓝3个光源通过调焦投射在白色墙面或白纸上，使之在投射面上形成3个颜色的圆形光斑.调整光源入射角度，使投射面上的圆形光斑逐渐重叠，形成如

便可以在光斑重叠区域看到光谱混合出来的，包括白色在内的多种颜色.例如红色光斑与绿色光斑重叠区变为黄色，红色与蓝色光斑重叠区变为品（紫）色.

同时我们还可以观察到颜色的补色：当一定量的颜色A与颜色B 可相加混合成白色时，我们说颜色A与颜色B互为补色.例如，从图1中可以看到：红+青=白， 红、青互为补色；绿+品=白，绿、品互为补色； 蓝+黄=白，黄、蓝互为补色.

2仪器选择

传统的三色光源是采用标准白光光源加红绿蓝三色滤色镜得到，光源的光谱特性由滤色镜保证，实验中需要的光学元件多，实验光路较复杂，不适应中学课堂演示.为此我们选择新型光源——发光二极管 （LED）作为三基色光源.与白炽钨灯泡及普通荧光节能灯相比，LED以其体积小、发热量低、耗电量小等诸多优点被广泛应用.

红光LED的峰值波长约为 629 nm，绿光LED的峰值波长约为 511 nm，蓝光LED的峰值波长为约458 nm，与三基色要求的光谱波长基本接近，可以满足三基色混色实验的要求.

由于目前市场上能够很容易买到包含调节透镜组的LED光源电筒，可以进一步简化实验设备，很容易的在投射屏上投射出合适大小的光圈.图3为LED光源电筒光圈效果，这大大降低了混色演示实验操作难度.

本文介绍了通过红绿蓝三色LED光源实现三种颜色光混色演示，实验光路简单易行、成本低廉、现象清晰.采用课堂演示，丰富了光谱学实验的内容.让学生不仅用心听，还可以用眼睛看、用手操作，有利于学生开动头脑思考并培养学生的观察力.