探索光的奥秘：一次自制简易光谱仪的奇妙实验

光，是我们日常生活中最熟悉却又充满神秘色彩的存在。它照亮世界，让我们感知万物的色彩与形状，可你是否好奇过，看似单一的白光背后，其实隐藏着一个绚丽多彩的 “秘密花园”？为了揭开这个秘密，我决定动手开展一次自制简易光谱仪的科技实验，用简单的材料探索光的色散现象，感受科学探究带来的独特乐趣。

这次实验的灵感来源于课堂上老师对光学知识的讲解。老师提到，牛顿曾通过三棱镜将白光分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光，这一实验首次揭示了白光的复合本质。当时我便萌生了亲手尝试的想法，想要亲眼见证这一神奇的科学现象。经过查阅资料和咨询科学老师，我确定了实验所需的材料，这些材料大多是日常生活中容易获取的物品，不需要复杂的专业设备，非常适合作为个人探索性实验。

首先，我开始准备实验材料。核心材料包括一个长方体的硬纸盒，它将作为光谱仪的主体框架，起到避光和固定部件的作用；一张废弃的 CD 光盘，其表面的光栅结构是分解白光的关键，因为光栅能够使不同波长的光发生不同角度的衍射，从而实现光的色散；一个小型手电筒，用于提供稳定的白光光源；一把剪刀和一把美工刀，用来切割纸盒；还有一张白色的硬纸板，作为投射光谱的屏幕。准备好这些材料后，实验就正式开始了。

第一步是对硬纸盒进行加工。我先将硬纸盒的盖子打开，用尺子在纸盒一侧的侧面上测量并标记出一个长方形的开口位置，这个开口的大小要适中，既要能让手电筒的光线顺利射入，又不能太大导致多余的光线干扰实验效果。标记好位置后，我用美工刀沿着标记线小心地切割，将长方形的纸板取下，这样就在纸盒侧面制作出了一个入射光窗口。接着，我在纸盒相对的另一侧侧面上，同样测量并标记出一个稍大一些的长方形开口，这个开口是观察和投射光谱的窗口，需要确保位置与入射光窗口在同一条直线上，这样才能保证光线经过 CD 光盘反射和衍射后，能顺利从这个窗口射出并投射到白色硬纸板上。切割好出射光窗口后，纸盒的初步加工就完成了。

第二步是固定 CD 光盘。这一步非常关键，CD 光盘的角度会直接影响光谱的投射效果。我先将 CD 光盘的正面（带有彩色反光的一面）朝向入射光窗口的方向，然后将其倾斜放置在纸盒内部，尝试调整不同的角度，同时用手电筒从入射光窗口照射 CD 光盘，观察光线在纸盒内部的反射情况。经过多次调整，我发现当 CD 光盘与入射光的夹角约为 45 度时，反射和衍射的效果最好。确定好角度后，我用透明胶带将 CD 光盘的边缘固定在纸盒内部的侧壁上，确保 CD 光盘在实验过程中不会移动，固定好后，简易光谱仪的主体结构就基本完成了。

第三步是进行实验观察和调试。我将白色硬纸板放在纸盒出射光窗口的外侧，作为光谱投射屏幕，然后打开手电筒，让手电筒的光线从入射光窗口射入纸盒内部，照射在 CD 光盘上。起初，我并没有看到明显的彩色光谱，只看到一片模糊的光斑。我没有气馁，开始分析可能的问题。首先想到的是光线不够集中，于是我在手电筒的前端套上了一个黑色的纸筒，用来汇聚光线，减少杂光的干扰。调整后，再次照射时，我看到白色硬纸板上出现了淡淡的彩色条纹，但颜色不够鲜艳，条纹也不够清晰。接着，我检查了 CD 光盘的角度，发现由于刚才固定时胶带没有粘牢，CD 光盘的角度发生了轻微偏移，我重新调整并加固了 CD 光盘的位置，确保其角度准确。同时，我还调整了白色硬纸板与出射光窗口的距离，当距离约为 30 厘米时，彩色条纹变得越来越清晰，颜色也越来越鲜艳。

终于，在多次调试后，我成功在白色硬纸板上看到了清晰的光谱！从左到右，依次呈现出鲜艳的红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛色和紫色，七种颜色排列整齐，如同一条迷你的彩虹，美丽极了。我兴奋地凑近观察，发现每种颜色之间的过渡非常自然，没有明显的界限，而且不同颜色的光带宽度也有所不同，红色光带最宽，紫色光带最窄，这与课本上描述的光谱特征完全一致。为了进一步验证实验结果，我还尝试用不同颜色的透明玻璃纸覆盖在手电筒的前端，观察光谱的变化。当使用红色玻璃纸时，投射出的光谱中只有红色光带变得更加明显，其他颜色的光带则几乎消失；当使用蓝色玻璃纸时，情况类似，只有蓝色光带清晰可见。这一现象进一步证明了白光确实是由多种颜色的光复合而成的，不同颜色的光具有不同的波长，在经过 CD 光盘光栅的衍射后，会分离出不同的色光。

在整个实验过程中，我不仅亲眼见证了光的色散现象，更深刻体会到了科学实验的严谨性和趣味性。从最初的材料准备，到纸盒的加工、CD 光盘的固定，再到反复的调试和观察，每一个步骤都需要耐心和细心，哪怕是一个微小的偏差，都可能影响实验结果。比如在切割纸盒开口时，如果角度不够垂直，就会导致光线入射方向偏移；在固定 CD 光盘时，如果角度不准确，就无法形成清晰的光谱。这些细节让我明白，科学探究不仅需要好奇心和热情，更需要严谨的态度和坚持不懈的精神。

通过这次自制简易光谱仪的实验，我对光学知识有了更直观、更深入的理解。以前在课本上看到的 “光的色散”“光栅衍射” 等抽象概念，通过亲手操作变得生动具体。我也意识到，科学并不是遥不可及的高深理论，它就隐藏在我们日常生活的点点滴滴中，只要我们拥有一双善于发现的眼睛和勇于探索的双手，就能在身边的事物中发现科学的奥秘，体验科学实验带来的乐趣。那么，你是否也想亲手尝试一次这样的实验，去探索更多关于光的秘密呢？

常见问答

1. 自制简易光谱仪时，为什么选择 CD 光盘作为核心部件？

答：CD 光盘表面有密集的微小凹槽，这些凹槽形成了天然的光栅结构。光栅具有使不同波长的光发生不同角度衍射的特性，能够将复合的白光分解成不同颜色的单色光，从而实现光的色散，这是制作简易光谱仪的关键原理，且 CD 光盘在日常生活中容易获取，适合作为实验材料。

2. 实验中为什么要对硬纸盒进行避光处理，且切割开口时要注意位置和大小？

答：如果硬纸盒不进行避光处理，外界的杂光会进入纸盒内部，干扰手电筒射出的白光，导致投射出的光谱不清晰，甚至无法观察到明显的色散现象。切割开口时注意位置，是为了保证手电筒的光线能准确照射到 CD 光盘上，且经过衍射后的光线能顺利从出射窗口射出；控制开口大小，则是为了让光线集中，减少杂光进入，同时避免光线过强或过弱影响实验效果。

3. 调整 CD 光盘角度时，为什么约 45 度角时实验效果最好？

答：当 CD 光盘与入射光的夹角约为 45 度时，既能保证手电筒的光线大部分被 CD 光盘反射，又能使反射后的光线经过光栅衍射后，以合适的角度从出射窗口射出并投射到白色硬纸板上。角度过大或过小，都会导致反射光的强度不足，或衍射后的光线无法准确投射到屏幕上，从而影响光谱的清晰度和鲜艳度。

4. 用不同颜色的透明玻璃纸覆盖手电筒后，光谱为什么会发生变化？

答：透明玻璃纸具有选择吸收光线的特性，不同颜色的玻璃纸只会允许与自身颜色相同波长的光通过，其他波长的光则会被吸收。比如红色玻璃纸只能让红光通过，所以投射出的光谱中只有红色光带明显；蓝色玻璃纸只能让蓝光通过，因此只有蓝色光带清晰可见，这也进一步证明了白光由多种单色光组成。

5. 实验中如果始终无法观察到清晰的光谱，可能存在哪些问题？

答：可能存在以下几种问题：一是 CD 光盘的角度调整不当，导致光线衍射效果不佳，可重新调整并固定 CD 光盘角度；二是手电筒光线不够集中，杂光干扰过多，可在手电筒前端加装纸筒汇聚光线；三是硬纸盒的出射窗口与入射窗口不在同一直线上，导致衍射后的光线无法射出，需重新检查并调整开口位置；四是白色硬纸板与出射窗口的距离不合适，可尝试调整距离，找到最适合观察的位置。