问答 生活中的科学系列5-一杯奇怪的牛奶！ √欢迎扩展讨论，有金豆奖励√

mana2002

小王和小明两个小朋友一起喝一杯牛奶，这时候突然停电了，刚好旁边有一个手电筒，于是两个小朋友打了手电筒玩，小王把手电筒水平地照射牛奶杯，你看，牛奶中有一条亮的光的通路，小明迎着手电筒的光线方向看着，突然惊奇地说，你看这光是浅红色的，哪里呀，不过吧，小明看了一下手电筒发射出来的光，这不是白光吗？小王头往牛奶杯侧面一看，也惊奇地说，光变成浅蓝色了！！
请问，小王和小明哪位小朋友说得对呢，这是什么原因呢？

请参考下图：俯视图

muntzer

入射光是白光。

牛奶是一种乳液，有一种纳米级的小微粒。

小明的观察方向是透射光，他看到的光发红，是因为白光中的蓝光被纳米粒子散射了，透过牛奶的只有红光了。

而小王观察的方向，正好就是被纳米微粒散射出来的蓝光。

波长越短越容易被散射，红光的波长比较长，蓝光波长较短。

大家看天空是蓝的吧，就是白色的太阳光被大气中的微小粒子散射的结果。
大家再看朝、晚霞是红色的吧，，就是因为蓝光被散射了，透过来的只有偏红色的光了。

mana2002

虽然只有一位同学回答，但是因为时间到了，下面就是公布答案。

牛奶杯子中有很多粒子的大小处于胶体的尺度范畴，即是100纳米-1000纳米之间，这样大小的粒子在遇到光线的时候很容易产生散射现象，
所谓散射，指的是当光线碰到与其波长差不多大或者还要小的颗粒时，会发生光的传播方向发生改变，从原来的单向传播变为向四处传播。如下图：
  

散射光分为两种类型1.波长或频率与原来波长相同，叫做瑞利散射2.波长与入射波长不同叫做斯托克斯散射，通常瑞利散射比较强。就是下面这个大胡子


瑞利散射的公式为

可以看到散射光强度与颗粒的粒径6次方成正比，与波长的4次方成反比。
蓝色光波长比较短，所以在光的通路上大量地被散射掉，而红光由于波长比较长，因此被散射掉得比较少，因此小王从侧面看是浅蓝色的，而透过的光线中，由于蓝光减少得多，因此小明从透过方向观测则呈现浅蓝色的补色即略带红色。
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下面根据版规作一下点评：
muntzer ：基本正确，道理也讲得比较明白，但是指出一点不太对的地方，该同学称其中的散射颗粒是很小的纳米粒子，如果牛奶中的散射颗粒都是很小的纳米粒子的话，那么可能反而观察不到这个现象，因为从上面看到，散射强度与粒径的6此方成正比，如果粒度减小为原来的10倍，那么散射光强减小到原来的一百万分之一，因此如果粒度很小那么散射光就会很弱，反而现象不明显。建议给3-5分。

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评分完毕，共用6财富。

muntzer

感谢楼主的评分及肯定！

首先，这个帖子参与的人只有我一个，不一定是因为大家不感兴趣，我猜想：也与你这个帖子标题的着色有关。

我在答题之前，看见该帖子加了灰色，误以为这是个违规的帖子。但因为实在感兴趣，还是点进来看了，看了后，想了半天想到这个解释，自然，也就忍不住就想答题。

园地论坛的颜色，有些规定不太合乎常规啊……橙色才是有问题的帖，灰色的没有问题！


最后，再对楼主的答案提点问题：

一、胶体的范围是多少？我手里一下子找不多，baidu出来的是1纳米至100纳米。
楼主给的100～1000纳米，是指胶体的范围还是仅指牛奶中的主要悬浮物质？
二、瑞利散射定律，从baidu上看，只说散射光强与波长的四次方成反比，没说还与粒子直径的六次方成正比啊。

mana2002

引用第3楼muntzer于2008-06-06 09:25发表的 :
感谢楼主的评分及肯定！

首先，这个帖子参与的人只有我一个，不一定是因为大家不感兴趣，我猜想：也与你这个帖子标题的着色有关。

我在答题之前，看见该帖子加了灰色，误以为这是个违规的帖子。但因为实在感兴趣，还是点进来看了，看了后，想了半天想到这个解释，自然，也就忍不住就想答题。
.......

1、100纳米到1000纳米的范围指的是胶体粒子的大小
2、百度上的公式可能不太完整，你可以翻翻相关的教科书，会发现散射强度与粒径6次方成正比。

aliern

查到公式了，《应用胶体化学》（作者 郑树亮等）43-45页。
为少占篇幅，44、45页压缩作附件。

mana2002

完全正确，与体积的平方成正比就是与直径的6次方成正比。

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这一定是掺了很多水的牛奶