光的吸收散射和色散1

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1、第6章光的吸收、散射和色散光的吸收、散射和色散三種現(xiàn)象是由光和物質(zhì)的相互作用引起的，其實(shí)質(zhì)是由光和原子中的電子相互作用引起的，是不同物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的主要表現(xiàn).6.1光的吸收6.1.1一般吸收和選擇吸收任何一種物質(zhì)對(duì)光的吸收都是由一般吸收和選擇吸收組成.一般吸收（普通吸收generalabsorption）：除真空外，所有物質(zhì)對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁波都只是在一定范圍內(nèi)的透明。如石英對(duì)可見光幾乎是透明的，但對(duì)紅外線卻是不透明的。對(duì)光吸收很少并在一定波段內(nèi)都減弱同樣強(qiáng)度的稱為一般吸收.選擇吸收（selectiveabsorption）：一種物質(zhì)對(duì)某些波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光呈現(xiàn)強(qiáng)烈的吸收稱為選擇吸收.

2、物質(zhì)因選擇吸收而顯示顏色.6.1光的吸收6.2.2朗伯定律光通過物質(zhì)時(shí),物體吸收的光能轉(zhuǎn)化稱為熱能.這種能量的轉(zhuǎn)化通過碰撞來實(shí)現(xiàn).朗伯定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式:比爾定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式:C溶液的濃度;A一與濃度無光的常量6.1光的吸收6.2.3吸收光譜吸收光譜(absorptionspectrum):令具有連續(xù)光譜的光(白光)通過吸收介質(zhì)后再經(jīng)過光譜分析儀,便可以看到某些波段的光或某些波長(zhǎng)的光被吸收而消失形成吸收光譜.同一介質(zhì)其發(fā)射光譜與吸收光譜有相當(dāng)嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系,發(fā)射光譜的亮線與吸收光譜的暗線具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系.物體本身發(fā)射哪些波長(zhǎng)的光,它就強(qiáng)烈吸收哪些波長(zhǎng)的光.Link6.2光的散射關(guān)

3、于光的散射的一些基本概念散射（scattering）:若光遇到不均勻介質(zhì),其顆粒大小與光波長(zhǎng)可以比擬時(shí),這時(shí)光就成球形散開,此時(shí)就不說是反射而是說散射,因這時(shí)已不能用反射定律了.6.2光的散射散射光的光強(qiáng)與散射光偏振性電偶極輻射模型初步解析6.2光的散射散射光的偏振性6.2光的散射散射的類型分子散射（molecularscattering）:瑞利散射（Rayleighscattering）:米氏散射（Miescattering）:有時(shí)表面上看來純凈的介質(zhì)中亦能看到散射光，如大氣中氣體分子散射太陽(yáng)光，使天空呈蔚藍(lán)色.線度小于波長(zhǎng)的物體引起光散射所依據(jù)的定律是瑞利所研究得到的.瑞利發(fā)

4、現(xiàn)散射光強(qiáng)正比于驅(qū)動(dòng)頻率的四次方,與波長(zhǎng)的四次方成反比,即I∝γ4∝1/λ4,也稱瑞利定律.米氏發(fā)表了任何尺寸均勻球形粒子散射問題嚴(yán)格解,具有極大實(shí)用價(jià)值,可以研究霧、云、日冕、膠體和金屬懸浮液的散射.6.2光的色散色散（dispersion）:光在介質(zhì)中的傳播速度ν（或者說折射率n=c/ν）隨波長(zhǎng)λ而異的現(xiàn)象,稱為光的色散.正常色散:(1)在可見光的范圍內(nèi)無色透明的物質(zhì),它們的色散曲線形式上很相似(2)n隨λ的增加而單調(diào)下降,且下降率在短波一端更大(3)科西公式----經(jīng)驗(yàn)公式:式中A、B、C是與物質(zhì)有關(guān)的常量,其數(shù)值由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定.色散曲線測(cè)量不同波長(zhǎng)的光線通過棱鏡材料的折

5、射率n與波長(zhǎng)λ之間依賴關(guān)系曲線link6.2光的色散反常色散:“反常色散”的名稱是歷史上沿用下來的,其實(shí)反常色散是任何物質(zhì)在吸收線(或吸收帶)附近所共有的現(xiàn)象,本來無所謂“正?！焙汀胺闯！?(1)圖所示的是在可見光區(qū)域內(nèi)透明的物質(zhì)（如石英）在紅外區(qū)域中的色散曲線.(2)在可見光區(qū)域內(nèi)色散正常，曲線（PQ段）滿足科西公式.(3)若向紅外區(qū)域延伸，并接近吸收帶時(shí)，色散曲線開始偏離科西公式（R點(diǎn)）.(4)過了吸收帶，色散曲線（ST段）又恢復(fù)正常的形式，并滿足科西公式，不過式中的常量A、B、C等換為新的數(shù)值.link6.2光的色散（1）在相鄰兩個(gè)吸收線（帶）之間n單調(diào)下降，每次經(jīng)過一個(gè)吸

6、收線（帶），n急劇加大.（2）總的趨勢(shì)是曲線隨λ的增加而抬高,即各正常色散區(qū)所滿足的科西公式中常量A加大.（3）λ=0時(shí),任何物質(zhì)的折射率n都等于1,對(duì)于極短波（γ射線和硬X射線）,n略小于1,它表明這時(shí)從真空射向其外表面的電磁波可以發(fā)生全反射.專題彩虹(Rainbows)專題彩虹(Rainbows)專題彩虹(Rainbows)專題彩虹(Rainbows)專題彩虹(Rainbows)End專題彩虹(Rainbows)PleaseKillTheRainbowBackAbsorptionspevtrumBack瑞利散射Next呈青藍(lán)色呈紅色線度小于波長(zhǎng)的物體引起光散射所依據(jù)的定律是瑞

7、利所研究得到的.瑞利發(fā)現(xiàn)散射光強(qiáng)正比于驅(qū)動(dòng)頻率的四次方,與波長(zhǎng)的四次方成反比,即I∝γ4∝1/λ4,也稱瑞利定律.紅光通過薄霧時(shí)比藍(lán)光的穿透力強(qiáng)，正是由于紅光散射較弱的緣故.信號(hào)燈和信號(hào)旗一般常采用紅色.紅外線的穿透能力比紅色的可見光更強(qiáng),因而更適用于遠(yuǎn)距離照相和遙感技術(shù).米氏散射Next球半徑α米－德拜的散射理論證明：只有在kα<0.3時(shí)，瑞利定律正確.當(dāng)kα較大時(shí),散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的依賴關(guān)系就不十分明顯.分子散射Back觀察光色散的正交棱鏡裝置Back觀察反常色散的實(shí)驗(yàn)裝置Ba