文档介绍：教学目标:掌握朗伯定律、瑞利定律;理解光的吸收、散射和
色散的特点及相互联系;了解有关现象的经典理论
解释。
内容分析:第一单元(§1):经典电磁理论中用以解释光与物
质相互作用的电偶极子模型。
第二单元(§2):光的吸收及规律。
第三单元(§3):光的散射及规律。
第四单元(§4):光的色散及规律。
第六章光的吸收、散射和色散
定义:光通过介质后出现的出射光强小于入射光强的现象。
解释:用经典电磁理论中的振子模型解释:光能振动能
热能。
2·1 吸收定律
朗伯定律:
设光通过厚度为dx的介质层时,
光强由I减少为(I-dI),则有:
成立,
积分可得通过厚度为L的介质后的光强 I ,
这就是朗伯定律,式中a称吸收系数。
I0
I
I-dI
dx
x
x+dx
l
X
§2 光的吸收
比尔定律:
实验表明:在浓度较低的溶液中,吸收系数a与溶液浓度C成正
比,a=A·C。A为与溶液浓度C无关的常数,表征物
质的分子特性。
代入a与C的关系,朗伯定律变形为:
这称为比尔定律。利用比尔定律通过测量 I 可得溶液的浓度C。
2·2 吸收类型
一般吸收: a值很小且不随波长发生明显变化,即呈现所谓
“透明”状态。
选择吸收: a值很大且随波长发生急剧变化,即呈现“不透明”
的状态。
吸收普遍存在于一切介质中,任何介质中都可发生两种类
型的吸收,关键取决于波长。
2·3 吸收光谱
产生连续光谱的光源在通过介质后会产生吸收,所形成的
光谱为吸收光谱,如图6-5所示。吸收系数大的位置出现谱线
消失。
用途:物质的定量分析;气象、天文研究。
定义:光通过某些介质时,在偏离正常传播方向上有光出射的
现象。
3·1 散射类型
1、瑞利散射
发生于混浊介质中。原因是在均匀介质中包含许多线度
比波长更小的、折射率不同的其他物质的微粒。
2 、分子散射
发生于表面看来均匀纯净的介质中。原因是介质中分子
密度起伏破坏了介质的均匀性而导致。
§3 光的散射
3·2 散射定律
正常传播方向上的光强:
因为散射分散了正常传播方向上的光能量,表现为正常传播方向上光强的减弱,故可用朗伯定律描述:
s 称散射系数,出射光仍为自然光。
散射光的光强:
设观察方向与正常传播方向之间的夹角为,散射光强为:
注意,观察面为 X-O-Z 平面,参见图6--8 。
3·3 瑞利散射定律
实验表明:散射光中各种波长的能量不是均匀分布的,短
波占有明显优势,即有的关系成立,这个关系称为瑞利定律。
3、散射光的偏振特性:
在垂直于光束的方向上
(z)观察, 散射光为
平面偏振光。其他方向
上( y, c )观察到的是
部分偏振光。
3·4 分子散射
是由物质分子密度的涨落而引起的,它弱于瑞利散射。
定义:光通过介质时,传播速度随频率而变化,因而不同波长
的光具有不同的折射率值的现象。
4·1 色散现象与经典电磁理论的矛盾
由麦克斯韦方程组可得:
由此可得 n 与频率、波长无关。
§4 光的色散
色散现象的客观存在说明了电磁理论存在缺陷。只有在深入
研究物质原子结构的基础上,才能解释折射率随频率变化的
原因。
物质的色散特性可用角色散率D描述:
对棱镜
表征关系的存在,即表征物质的色散特性。
4·2 色散曲线和光谱
实验中用正交棱镜观察法测量色散曲线,参见图6-12。
对棱镜有最小偏向角, 0可表示
谱线的移动距离,即谱线可表示出 n~之间的关系。
色散曲线:
实验中通过测定不同波长的光对应的0,得出n ~关系,
即为色散曲线。
插图6---14:
色散曲线的特点:
1、随着波长值的变大,折射率值减小。
2、短波段色散曲线斜率较大,角色散率较大。
3、波长一定,介质的折射率越大,色散曲线斜率越大。