文档介绍：电偶极辐射对反射和折射现象的解释?7-1电偶极辐射对反射和折射现象的解释一、电偶极子模型光通过物质时,其中原子、离子或分子中的电结构在入射电矢量的作用下作受迫振动,在光学的经典理论中,这是光和物质相互作用时的一个重要问题,经典理论不能完全正确地反映原子、离子或分子在这方面的行为,应该用量子理论加以处理,但用经典模型可以简单而直观地说明有关物质光学性质的许多主要现象,为此,我们可用一组简谐振子来代替实际物质的分子,每一振子可认为是一个电偶极子,由两个电量相等、符号相反的带电粒子所组成,偶极子的正负电荷原来有某一个平衡位置,但在外电场的影响下,它们离开了平衡位置,相互间的距离有了改变,并且我们假定偶极子之间有准弹性力相互作用着,就是说偶极子能作简谐振动,在考察这种运动时,有些次要因素可以不去考虑,例如正负电荷之间的力究竟是怎样形成的;它们在每一次振荡中是否可能有两次相互碰撞等问题,所以,把分子看作可发生简谐振动的电偶极子,仅是一个理想的模型。应该考虑到两种振子,一种相当于原子内部电荷的运动(电子振子),在电子振子中带负电的粒子是电子,带正电的粒子是具有质量比电子大得多的原子核,这样,为了计算简便起见,可以认为带正电的原子核参加运动,把它当作固定的准弹性力的中心,分子振子的两个带电粒子具有数量级和原子相同的质量,有时也可以认为质量较大的一个粒子不参加运动。这样的模型是相当粗略的,由此建立的理论的介质似乎值得怀疑,但在经典物理学中,这一模型却有一定程度可靠的实验基础。如炽热的低压气体会发射或吸收一定频率的光波,这就意味着振子有一定的固有频率,关于受迫振动的振幅和位相已在力学中讨论过了,这里不再重复,此外,还应注意不论振子在作自由振动或受迫振动,都将发射次级电磁波,用这种经典观点来说明许多表现上完全互不相关的各种现象,至少在定性方面能与实验结果大体相符,物理图象也较为简明,当然,在进一步深入探讨时,决不可停留在经典的观点上,此外,关于简谐振子发射电磁波以及入射波对简谐振子的作用的研究,还将为用量子理论解释这些问题作必要的准备。xSp,HOE(图7,1)在图7-1中,用球坐标来表示电偶极子向周围辐射的电磁波的矢量关系,电偶极子的电矩矢量P沿着z轴,沿任一方向(极角为)的波的电矢量E沿着经线,磁矢量H沿着纬,线,各上的波都是平面偏振的。e,设,式中为电子所带的电量,z为电子离开原点的距离,为电pez,zAt,cos,子振动的圆频率,并设正电荷静止在坐标原点,在电动力学中,可以证明电偶极子所辐射的电磁波的电矢量和磁矢量的值各为eAR2Et,,,,,sincos(),24cRc,,0EH,c,0坡印亭矢量的绝对值为坡印亭矢量的平均值(波的强度)等于2242,,EA120,,,SIEsin,R32,,0上式中R表示观察者离偶极子的距离由(7-1)式可知,光在半径为R的球面上各点的位相都相等(球面波),且位相较原点处落后,但振幅则随角而变,这就引起波的强度I(能流密度)在同一波面上的不Rc/,均匀分布。图7-2表示I和之间的关系,在赤道面上,I最大;在两极,即偶极,,,/2,子轴线方向上,。,,0I,0二、电偶极辐射对反射和辐射现象的初步解释根据上述模型,对于光的、在均匀物质中的直线传播、在两种物质界面上的反射和折,8射现象都可以得到说明,这里应注意构成物质的原子或分子的