光的吸收、散射和色散

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1、第六章光的吸收、散射和色散（AdsorptionScatteringandDispersionofLight）⒈光束越深入物質(zhì)，強(qiáng)度將越減弱；光通過(guò)物質(zhì)時(shí)其傳播情況就會(huì)發(fā)生變化：⒉光在物質(zhì)中傳播的速度將小于真空中的速度且隨頻率而變化——光的色散。①光的能量被物質(zhì)吸收——光的吸收；②光向各個(gè)方向散射——光的散射。6.1電偶極輻射對(duì)反射、折射現(xiàn)象的解釋1、電偶極子模型（理想模型）用一組簡(jiǎn)諧振子來(lái)代替實(shí)際物質(zhì)的分子，每一振子可認(rèn)為是一個(gè)電偶極子，由兩個(gè)電量相等，符號(hào)相反的帶電粒子組成，電偶極子之間有準(zhǔn)彈性力作用，能作簡(jiǎn)諧振動(dòng)。兩種振子：電子振子：核假定不參加運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)彈力

2、的中心。分子振子：質(zhì)量較大的一個(gè)粒子可認(rèn)為不參加運(yùn)動(dòng)電偶極子模型2、電偶極輻射對(duì)反射和折射現(xiàn)象的初步解釋解釋1：各向同性均勻物質(zhì)中的直線傳播解釋2：反射與折射解釋3：布儒斯特定律6.2光的吸收（AbsorptionofLight）1．一般吸收和選擇吸收（normalabsorption&selectiveabsorption）吸收很少，且在某一給定波段內(nèi)幾乎不變。吸收很多，且隨波長(zhǎng)而劇烈地變化。例如石英對(duì)可見(jiàn)光吸收甚微，但是對(duì)3.5~5.0的紅外光卻強(qiáng)烈吸收。一般吸收選擇吸收§6.1光的吸收6.2光的吸收（AbsorptionofLight）2．朗伯定律能量觀點(diǎn)稀

3、溶液：，式中A是一個(gè)與濃度無(wú)關(guān)d的常量，C為溶液的濃度。，為吸收系數(shù)§6.2光的散射ScatteringofLight光線通過(guò)均勻的透明介質(zhì)(如玻璃、空氣、清水）時(shí)，從側(cè)面是難以看到光線的。如果介質(zhì)不均勻，如有懸浮微粒的渾濁液體，我們便可從側(cè)面清晰地看到光束的軌跡，這是介質(zhì)中的不均勻性使光線朝四面八方散射的結(jié)果。定義：由于介質(zhì)中存在的微小粒子或分子對(duì)光的作用，使光束偏離原來(lái)的傳播方向或波長(zhǎng)發(fā)生變化，向四周傳播的現(xiàn)象，稱為光的散射。光的散射可分為兩大類：散射光的波長(zhǎng)不變散射光的波長(zhǎng)改變?nèi)鹄⑸涿资仙⑸淅⑸洌≧aman1928）布里淵散射Brillouin1921

4、瑞利散射：散射粒子的線度小于光的波長(zhǎng)的十分之一，則稱為～。米氏散射：散射粒子的線度與光波長(zhǎng)同量級(jí)或大于光波波長(zhǎng)的散射，稱為～。二.瑞利散射定律光學(xué)性質(zhì)不均勻的介質(zhì)，可能是由于均勻物質(zhì)中散布著折射率與它不同的其它物質(zhì)的大量微粒，也可能是由于物質(zhì)本身的組成部分（粒子）的不規(guī)則聚集；早在1869年愛(ài)爾蘭物理學(xué)家亭德?tīng)?Tyndall，1820-1893)就對(duì)混濁介質(zhì)的散射現(xiàn)象做過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究。尤其對(duì)于線度小于波長(zhǎng)的微粒。因此瑞利散射有時(shí)又稱亭德?tīng)栃?yīng)。例如塵埃、煙（大氣中散布著固態(tài)微粒）,霧（空氣中散布著液態(tài)微粒），懸浮液（液體中懸浮著固態(tài)微粒），乳狀液（一種液體中懸

5、浮著另一種液體而不能互相溶解），如水中加入幾滴牛奶，等等。這樣的物質(zhì)稱為混濁介質(zhì)。在亭德?tīng)柕幕A(chǔ)上，英國(guó)物理學(xué)家瑞利于1899年對(duì)小粒子散射又進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)裝置如圖。透射光散射光檢偏器探測(cè)器實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：從容器側(cè)面看到的散射光，帶有青藍(lán)色，透射光則帶有紅色。瑞利（LordRayleigh,1842-1919）1904年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者進(jìn)一步研究表明，散射光的強(qiáng)度與光波波長(zhǎng)的四次方成反比，可表示為：——稱為瑞利散射定律根據(jù)瑞利散射定律，可以對(duì)前面的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作出很好的解釋。假設(shè)白光中波長(zhǎng)為720nm的紅光與波長(zhǎng)為440nm的青藍(lán)光具有相同的強(qiáng)度，由于兩種波長(zhǎng)之比為：

6、所以散射光中，藍(lán)光的強(qiáng)度與紅光強(qiáng)度之比為：可見(jiàn)散射光中藍(lán)光的強(qiáng)度約為紅光強(qiáng)度的7.2倍，因此透射光中所含的紅光成分就較多，故帶紅色。表面上看起來(lái)是純凈均勻的介質(zhì)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)使分子密度有漲落而引起的散射，稱為分子散射。分子散射也滿足瑞利散射定律。用以上的散射理論可以解釋許多我們?nèi)粘Ｊ煜さ淖匀滑F(xiàn)象，如天空為什么是藍(lán)的？旭日和夕陽(yáng)為什么是紅？以及云為什么是白？等等。首先，白晝天空之所以是亮的，完全是大氣散射陽(yáng)光的結(jié)果。如果沒(méi)有大氣，即使在白晝，人們仰觀天空，將看到光輝奪目的太陽(yáng)懸掛在漆黑的背景中。這景象是宇航員司空見(jiàn)慣了的。按瑞利定律，由于大氣的散射，白光中的短波

7、成分（藍(lán)紫色）遭到散射比長(zhǎng)波成分（紅黃色）強(qiáng)烈得多，散射光乃因短波的富集而呈蔚藍(lán)色。所以每當(dāng)大雨初霽、澄清了塵埃的時(shí)候，天空總是藍(lán)得格外美麗可愛(ài)，其道理就在這里.旭日和夕陽(yáng)呈紅色，與天空呈藍(lán)色屬于同一類現(xiàn)象，由于白光中的短成分被更多地散射掉了，在直射的日光中剩余較多的自然是長(zhǎng)波成分了。早晚陽(yáng)光以很大的傾角穿過(guò)大氣層，經(jīng)歷大氣層的厚度要比中午時(shí)大得多，從而大氣的散射效應(yīng)也要強(qiáng)烈得多，這便是旭日初升時(shí)顏色顯得特別殷紅的原因。因?yàn)榧t光透過(guò)散射物的穿透能力比藍(lán)光強(qiáng)，因此通常情況下，危險(xiǎn)信號(hào)燈、交通禁行燈等采用紅色，使有關(guān)人員在能見(jiàn)度低的情況下，能盡早發(fā)現(xiàn)采取措施。當(dāng)散射粒

8、子的線度大