光的吸收、散射和色散2N

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1、§４-２光的吸收和散射一、光的吸收光波通過介質(zhì)時(shí)，有一部分光能被吸收，轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。透明物質(zhì)：能量損失小。一般吸收：吸收很小，且在某一給定波段內(nèi)幾乎是不變的。選擇吸收：吸收很多，且隨波長(zhǎng)而劇烈地變化。例如石英對(duì)可見光吸收甚微，但是對(duì)3.5~5.0?m的紅外光卻強(qiáng)烈吸收。1朗伯定律dxII-dII0ILx吸收系數(shù)?與波長(zhǎng)和介質(zhì)本身性質(zhì)有關(guān)，與入射光強(qiáng)無(wú)關(guān)。物理意義：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的光強(qiáng)吸收率，“－”號(hào)表示隨吸收層厚度增加光能量減少。微分式：積分式：2比爾定律實(shí)驗(yàn)表明：在稀溶液中()二、光的散射光波在透明介質(zhì)中傳播時(shí)，有部分光波偏離原來(lái)的傳播方向而向

2、四面八方傳播的現(xiàn)象叫光的散射。２.衍射與散射的區(qū)別：衍射是由于個(gè)別的不均勻區(qū)域（如孔、縫或障礙物等）所形成的，這些不均勻區(qū)域范圍的大小一般可與波長(zhǎng)相比擬。散射則是由于大量排列不規(guī)則的非均勻的小“區(qū)域”的集合形成的，這些非均勻小區(qū)域的線度一般比波長(zhǎng)小。１.光散射的原因3．瑞利散射實(shí)驗(yàn)白光通過渾濁物質(zhì)時(shí)，沿z方向，散射光呈青藍(lán)色，沿x方向，散射光呈紅色。瑞利公式紫光的散射強(qiáng)度大約是紅光的10倍。散射光強(qiáng)度4．散射光的強(qiáng)度設(shè)I0為沿入射自然光x方向的散射光強(qiáng)度，則從CO方向觀察到散射光強(qiáng)度為散射光強(qiáng)度在Oxz平面內(nèi)按方向分布曲線圖。5.光的散射分類一類：散

3、射光的波長(zhǎng)不發(fā)生變化，如瑞利散射，米氏散射；另一類：散射光波長(zhǎng)發(fā)生了變化，如拉曼散射，布里淵散射，康普頓散射。①非純凈介質(zhì)中的光散射如空氣中的塵埃、煙霧、小水滴，還有乳濁液、膠體等。1）小顆粒散射（顆粒線度a<0.3?/2?)散射規(guī)律：a）?不變；b）I??4（是瑞利散射）c）散射光強(qiáng)分布滿足：2）大顆粒散射（a??)米氏散射：光強(qiáng)與?關(guān)系不明顯。例如白云為什么呈白色；吸煙時(shí)煙頭冒出的煙呈藍(lán)色，而嘴里冒出的煙卻呈白色。散射光是部分偏振光，偏振度與顆粒大小、形狀都有關(guān)。②純凈介質(zhì)中的分子散射由于純凈介質(zhì)中分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，使得分子密度出現(xiàn)漲落發(fā)生的散

4、射叫分子散射。解釋現(xiàn)象：晴朗的天空是藍(lán)的；白晝的天空是亮的；日出或日落看到的太陽(yáng)呈紅色，而正午時(shí)呈白色。地球大氣層正午晨曦傍晚三、光的色散光的色散：物質(zhì)的折射率隨波長(zhǎng)改變的現(xiàn)象稱為光的色散，也稱折射色散。廣義色散：某一物理量是波長(zhǎng)（或頻率）的函數(shù)。色散率：1正常色散（dn/d?＜0）柯西公式：一般小波段范圍內(nèi)，取前兩項(xiàng)：兩邊微分：正常色散特點(diǎn)：（1）波長(zhǎng)愈短，折射率愈大；（2）波長(zhǎng)愈短，dn/d?愈大（斜率大）；（3）在波長(zhǎng)一定時(shí)，不同物質(zhì)的折射率愈大，dn/d?也愈大；（4）不同物質(zhì)的色散曲線沒有簡(jiǎn)單的相似關(guān)系。2反常色散（dn/d?＞0）吸收帶：

5、光被強(qiáng)烈吸收的波段。任何一種物質(zhì)都有多個(gè)吸收帶，故有多個(gè)正常色散和反常色散區(qū)域。3相速度與群速度1）相速度單色平面波令相位(?t-kz)=恒量?jī)蛇呂⒎植ㄋ伲捍砗愣ㄏ辔幌蚯耙苿?dòng)的速度，所以又稱相速。2）群速實(shí)際光波可視為由多個(gè)不同頻率單色波疊加而成，各單色波以不同的相速v=?/k傳播?？紤]最簡(jiǎn)單情況：兩列振輻相等，振動(dòng)方向相同，頻率和波長(zhǎng)相差很小，均沿z方向傳播的單色平面波疊加而成的波群。令合成波即合成波為頻率為?，振幅隨t緩慢變化的余弦波。波形圖上形成波包。波包向前傳播的速度即等振幅面向前推進(jìn)的速度稱為群速。同理，令兩邊微分：群速：振幅3）相速、群

6、速關(guān)系（瑞利群速公式）討論：1）真空中無(wú)色散：dvp/d?=0，?vg=vp；2）正常色散：dvp/d?＞0，?vg＜vp；3）反常色散：dvp/d?＜0，?vg＞vp。