我国初中民教版物理教材中关于光的部分有这样的讨论：“红、绿、蓝光按不同比例混合后，可以产生各种颜色的光。 ” 这显然是错误的说法，将视觉三基色（生理效应）与光的物理色散混淆了。
作者：杨大卫（河北师范大学）
在“国家中小学智慧教育平台”播放的《课程教学》中，初中八年级物理（民教版第一卷）第四章第五节《光的色散》 ”，老师在总结课堂时说：“各种色光是由红、绿、蓝三基色按一定比例混合而成的。 （本课视频总时长为24分52秒，这句话从23分43秒出现到23分53秒。）
这种说法源于初中物理课本中的叙述：“红、绿、蓝三种光按不同比例混合后可以产生各种颜色的光”。 （以上平台参见《教材》物理人民教育版8.1年级图1）
这句话应该更正为：“红、绿、蓝三种颜色按不同比例混合后，可以产生各种颜色光的视觉效果。”
为了说明这种修正，我们可以通过实验验证和视觉生理分析来进行。
图1
不过，为了让教材编者更容易接受这一修正，我们可以先将同一教材中的“光与视觉”与“声音与听觉”进行比较，做一些准备。
声音可以传递信息和能量，光也可以传递信息和能量。 人民教育出版社初中教材第二章强调“声音既能传递信息，又能传递能量”，还介绍了听觉器官的结构和工作原理。 然而，第四章并没有提到光也可以传输信息和能量。 讨论视觉器官的工作原理。 这不仅不相互呼应，也不符合新课标信息与能源的学习要求。
初中生都知道，人依靠听觉器官接收可听波，依靠视觉器官接收可见光。 声音在响度和音高方面存在差异。 响度由振幅决定，音调由频率决定。
同样，可见光也有亮度和亮度的差异，以及颜色的差异。 亮度也由振幅决定，颜色也由频率决定（表1）。
表格1
我们的听觉可以识别可听波的响度和可听波的音高。 同样，我们的视觉可以察觉可见光亮度的明暗差异，以及可见光颜色的差异。
在视觉和听觉类比的基础上，我们将通过实验来找出这两个器官功能的差异。
【实验一】两个不同固有频率的音叉混响的听觉效果不会与任何单个其他固有频率的音叉的听觉效果相同。
比如贝斯
和高音
，其频率分别为220Hz和880Hz，但不会被合成为频率为440Hz的中音6。 也就是说，虽然他们的点名都是“啦”，但低音却是啦（
) 和高音 la (
）不仅不会被合成到中音la（6）中，而且两者也不会同时被我们的耳朵接收到并感知为中音la（6）。 听上去还是可以看出是两者的复合音。
结论：声波符合波传播独立性原理。
【实验二】红绿光混合得到的视觉效果可以与单色黄光的视觉效果相同。 看起来红光和绿光结合起来就形成了“黄光”。 光波不符合波传播独立原理吗？
【实验三】红光和绿光混合照射形成的所谓“复合光”，仍然可以通过棱镜分解还原成红光和绿光，其中根本没有黄光的痕迹; 而单色黄光无论如何也不会分解成红光和绿光。
结论：光波也符合波传播独立性原理。
实验证明，无论是人民教育出版社初中物理课本上写的“红、绿、蓝光按不同比例混合后可以产生各种颜色的光”，还是书中所说的上面视频课上说“各种颜色的光是由这三种颜色的光按一定比例混合而成的。”这两种说法都是错误的。
所以有什么问题？ 很明显，红光和绿光混合产生了“黄光”。 难道不是眼见为实吗？ 是的初中物理振幅，眼见不一定为实！ 问题是视觉上的。 红光和绿光混合照射产生的视觉效果是一种生理效果，而不是真正的物理效果。
让我们了解视觉器官的生理结构及其工作原理。
图2 人眼垂直剖面的水平光路图
视觉器官感受亮度的功能称为视觉器官的光感，辨别颜色的功能称为视觉器官的色觉。 光感和色觉是由视觉器官中两个独立的系统执行的。 色盲患者尽管色觉不完整，但仍具有正常的光感，这一事实说明了这一点。 听觉器官通过同一系统感知声音强度并区分音调。
光传感功能是由暗视系统完成的，它利用视网膜中的杆状视神经细胞作为接收器（对505~510 nm的光最敏感）。 在低照度条件下，只有杆状细胞才能被可见光辐射触发而产生对比度。 明暗视力的程度； 在强光下，视杆细胞的敏感性会大大降低，所以主要在弱光下工作。
图3 视网膜的结构以及视网膜中的视杆细胞和视锥细胞
色觉功能是由明视觉系统完成的，它以视网膜内的锥形视神经细胞为接收器（综合反应对550~555 nm的光最敏感），主要在较强的光线下工作。 视锥细胞分为三种类型：L、M 和 S，分别对波长为 664、534 和 420 nm 的光最敏感（大约对应于红色、绿色和蓝紫色，图 4）。
图4 三种视锥细胞的个体反应和综合反应
这三种响应并不完全涵盖对红色（625~740 nm）、绿色（500~565 nm）和蓝色（440~485 nm）的响应，但可以分别响应三基色（红、绿、蓝） 。 每种光都会产生不同强度的响应。 如果L细胞的刺激略大于M细胞初中物理振幅，则人的感知是黄色的； 如果L细胞的刺激远大于M细胞的刺激，人的感知就是红色。 将三基色光按不同比例组合后，人眼可形成相当于该复合光对应的单一频率可见光的色觉。 例如，红光和绿光按一定比例复合，刺激三种视锥细胞产生的综合色觉可相当于视网膜对纯黄光的色觉。
因此，混合红光和绿光不能产生另一种频率的新光——黄光。 两者混合光波中的红光和绿光仍然单独存在，但它们的色觉与黄光相同。 即红绿混合光对视锥细胞的刺激反映在大脑中，与黄光对视锥细胞的刺激是一样的。
因此，红、绿、蓝光以不同比例混合并不会产生各种颜色的光，而只是产生与某种光颜色相对应的视觉效果。 ”也就是说，所谓的色光“合成”并不是物理效应，它只是光频率的生理效应。
进一步揭示其本质，听觉之所以不能产生类似的效果（两个音叉在不同频率下混响的听觉效果不会与一个音叉单独发声的其他频率的听觉效果相同），不仅是由于听觉传感器和视觉传感器的结构有所不同，但这是由于两者的工作原理不同造成的。 后者是复杂的光化学原理，而前者只是简单的机械原理。 因此，不会出现“三基色”那样的“三基色”。
那么所谓的光化学原理是什么呢？
杆状细胞对光和暗（黑色和白色）高度敏感。 光首先穿过神经接头的外层，然后到达这些受体中的色素物质。 视杆细胞中有一种叫做视紫红质的色素（它的颜色看起来是紫色的）。 这种色素是一种复杂的蛋白质，分子量约为40,000 amu。 其吸收曲线如图5所示。分子在柱状细胞内分层排列，厚约20 nm，宽约500 nm，重量可达细胞净重的35%。 在光辐射的影响下，它的一小部分会脱落。 这小片发色团是维生素A的衍生物，称为视黄醛，分子量为286 amu。 其双键之一将在 1 皮秒（10-12 秒）内吸收光子，并从弯曲构型转变为穿透构型（图 6）。
图5 杆细胞响应曲线
图6 视杆细胞中视网膜吸收波长约500 nm的光子后分子构型的变化
其余部分是一种无色蛋白质，称为视蛋白。 在视紫红质分子分裂的某个阶段，会发生短暂的视觉刺激。 该反应导致受体细胞膜对钠离子的渗透性发生变化，进而导致细胞电位的变化。 这种电势的变化通过神经细胞传播到大脑。 此后，视紫红质分子缓慢再生。
视锥细胞可能通过类似的机制做出反应。 在视锥细胞中发现了一种称为类视黄醇的色素。 这种色素包含三种类型的视网膜基团，每种基团具有不同的光谱灵敏度特征（图 4）。 为了进行比较，也将视锥细胞的综合敏感性曲线绘制在一起。
在强光下，视杆细胞中的大部分视紫红质分裂成视蛋白和视网膜，从而大大降低了它们的敏感性。 虽然视锥细胞的敏感度仅为视杆细胞最大敏感度的 1% 左右，但色觉主要由视锥细胞提供。 三种类型的视锥细胞的联合作用产生色觉。 在低照度条件下，只有杆状细胞才能被可见光触发，产生明暗（黑白）视觉。 视杆细胞和视锥细胞的积分灵敏度曲线不同（图5和图4），前者的峰值约为505 nm至510 nm，后者的峰值约为550 nm至555 nm。
当然，上述光化学反应产生的电信号必须通过视神经传输到大脑。
综上所述，通过波传播独立原理、视觉器官的生理机制及其光化学性质的实验，表明各种颜色的光实际上并不是由光的三基色合成的，视觉效果不能代表物理本质。
本文经微信公众号《现代物理知识杂志》授权转载，选自《现代物理知识》2023年第1期，编辑：YWA。
