國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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牛奶的散射

白色的鮮奶怎麼會變化顏色呢?

材料:鮮奶、燒杯、白光LED燈手電筒
操作步驟與現象:

  牛奶的顏色看起來是乳白色的,但是在不同的角度可以顯現不同的顏色喔。

  首先在300ml的水裡滴入6滴的鮮奶,攪拌均勻使其呈半透明狀,外觀看起來是淡的乳白色(如右圖右邊)。

  使用白光LED燈手電筒,從杯子外面照射,如果是裝清水的杯子,燈光穿透杯子後看起來還是白色的(如圖一)。換成裝鮮奶的杯子,結果白色燈光變成了黃橙色!(如圖二)。

  但是如果從側面看,整杯鮮奶看起來變成淡淡的藍色了!(如圖三)

觀看實驗影片(7.8M)

叮嚀的話:

  進行這個實驗時,鮮奶不可滴入太多,以免形成不透光而影響觀察。而現象的原理牽涉複雜的散射,對小朋友比較困難,建議不必講述原理,但是可以讓小朋友比較高脂、低脂鮮奶有何差別。

以於滴入同樣的量的鮮奶而言,高脂鮮奶會因內含粒子的濃度較高,而照出的光源會更偏橙色,低脂所看到光源會比較白。如果濃度調整一致,則高脂與低脂鮮奶的光源顏色會相似。

原理:

  當光照射到牛奶中的粒子的時候,因為粒子表面凹凸不平,於是會發生散射。

  這個實驗所使用到的散射理論為「瑞立散射」(Rayleigh scattering)。當一個粒子遠小於光的波長時,則會發生瑞立散射,其散射強度與光波長的4次方呈反比。也就是說,波長越短越容易發生瑞立散射的現象,藍、紫色光的波長比紅橙色光的波長來的小,所以藍紫色光散射程度也比紅橙光多,所以從旁邊看到的牛奶顏色會呈現藍色。而由於藍色光大部分被散射掉,所以剩餘的紅橙光穿透過去,故從杯子對面看到的光源會呈現紅橙色。

  照理說紫光波長比藍光短,從杯子側面應看到紫色光,但是實驗結果是看到藍色光而不是紫色光。這是因為在白光光譜裡面,藍色光的成分比紫色光來的多,於是藍色光散射的量就比紫色光來的多。

參考資料

 1.國立台灣師範大學: http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/html.php?html=optics/sky

 2.天空的顏色:http://www.phy.cuhk.edu.hk/phyworld/iq/skycolor/skycolor.html

 3.太陽光譜:http://www.hengqian.com/html/2009/5-19/a15386705.shtml

 4.Rayleigh scattering: http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%91%9E%E5%88%A9%E6%95%A3%E5%B0%84