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1、第六章 光的吸收、散射和色散Chap.6 Absorption、Scattering and Dispersion of Light,第六章 光的吸收、散射和色散Chap.6 Absorpti,光通过物质时其传播情况会发生变化，这种变化主要表现在两个方面：1.光束越深入物质，强度将越弱（1）一部分光的能量被物质吸收光的吸收（2）一部分光向各个方向散射光的散射2.光在物质中传播的速度将小于真空中的速度且随频率而变化光的色散,光通过物质时其传播情况会发生变化，这种变化主要表现在,6.1 电偶极辐射对反射、折射现象的解释6.2 光的吸收6.3 光的散射6.4 光的色散6.5 色散的经典理论,6.1
2、电偶极辐射对反射、折射现象的解释,6.2 光的吸收,6.2 光的吸收,一般吸收：吸收很少，并且在某一给定波段内几乎是不变的；选择吸收：吸收很多，并且随波长而剧烈地变化。吸收光辐射或光能流是物质的一般属性。任一物质对光的吸收都由这两种吸收组成。,一、一般吸收和选择吸收,一般吸收：吸收很少，并且在某一给定波段内几乎是不变的；一、,二、朗伯定律,1.朗伯定律,光在同一吸收物质内通过同一距离后，光能量中将有同样百分比的能量被该层物质所吸收。,称为吸收系数,二、朗伯定律1.朗伯定律 光在同一吸收物质内通过同一,2.比尔定律,稀溶液中,有,该定律仅适用于物质分子的吸收本领不受四周邻近分子影响的情况。当浓度
3、很大时，分子间的相互作用不能忽略，此时比尔定律不成立，但朗伯定律依然成立。,2.比尔定律稀溶液中,有 该定律仅适用于物质分子的吸收,6.3 光的散射,6.3 光的散射,定义：当光束通过光学性质不均匀的物质时，从侧向可以看到光的现象叫做光的散射。,规律：,定义：当光束通过光学性质不均匀的物质时，从侧向可以看到光的现,光学性质的不均匀：（1）均匀物质中散布着折射率与它不同的大量微粒；例：尘埃、烟、雾、悬浮液、乳状液等。（2）物质本身的组成部分（粒子）不规律的聚集。特征：杂质微粒的线度小于光波长（/10），相互间距大于波长，排列毫无规则，在光照下的振动无固定位相关系，任何点可看到它们发出次波的不相干
4、叠加，不相消，出现向各个方向传播的散射光。,一、非均匀介质中的散射,光学性质的不均匀：一、非均匀介质中的散射,二、散射和反射、漫反射及衍射的区别,1.反射 反射定律仅在介质表面是理想光滑平面（镜面）的条件下方适用。2.漫反射 可认为反射光束是许多小镜面的反射光的叠加。光从每个小镜面反射时仍遵从反射定律，只是这些小镜面的法线方向是杂乱无章的。尽管如此，由于各次波源的排列仍有一定的规律性，从侧面看，有些地方仍看不见光。3.衍射 衍射是由个别不均匀区域（如小孔，缝或小障碍物等）造成的，这些不均匀区域的线度一般可与波长相比拟（几个到几十个波长），而且这些区域次波源的排列是规则的，它们发出的次波有固定的
5、相位关系，发生相干叠加。,二、散射和反射、漫反射及衍射的区别1.反射,三、瑞利散射,观察散射光的装置,青蓝色,红橙色,三、瑞利散射观察散射光的装置 青蓝色 红橙色,1.瑞利散射：线度小于光的波长的微粒对入射光的散射现象。2.瑞利定律：散射光强度与波长的四次方成反比，即：,3.应用：红光散射弱、穿透力强,（信号旗、信号灯）；红外线（遥感等）。,1.瑞利散射：3.应用：,四、分子散射,晴朗的天空呈浅蓝色；清晨日出或傍晚日落时，太阳呈红色。正午时太阳呈白色。,定义：由于物质分子密度的涨落而引起的散射叫分子散射。,四、分子散射晴朗的天空呈浅蓝色；定义：由于物质分子密度的涨落,例6.1一个长为30cm的
6、玻璃管中有含烟的空气，它能透过约60%的光。若将烟粒完全除去后，则92%的光能透过。如果烟粒对光只有散射而无吸收，试计算吸收系数和散射系数。,解：当烟粒完全除去后，只考虑空气的吸收效应，有,当吸收和散射效应同时存在时，有,例6.1一个长为30cm的玻璃管中有含烟的空气，它能透过,例6.2若白光中波长为400nm的紫光与720nm的红光具有相同的强度，试计算在散射光中两者的强度比例是多少？,解：根据瑞利定律，散射光强度与波长四次方成反比，即,例6.2若白光中波长为400nm的紫光与720nm的红光,6.4 光的色散,6.4 光的色散,一、色散的特点,一、色散的特点,色散的特点：1.色散光谱（由棱
7、镜折射而成）是非匀排的，衍射光谱（光栅）的谱线是匀排的；2.不同物质的色散没有简单的关系；3.同一种物质在不同波长区的角色散率有不同的值。,色散的特点：,显示色散最清楚的方法,二、正交棱镜观察法,显示色散最清楚的方法二、正交棱镜观察法,三、正常色散与反常色散,1.正常色散:波长越短折射率越大的色散。柯西方程：经验公式，a、b、c为正的常数。一般：,三、正常色散与反常色散1.正常色散:波长越短折射率越大的色散,色散曲线的特点：（1）波长越短，折射率越大；（2）波长越短，越大，角色散率也越大；（3）在波长一定时，不同物质的折射率越大,也越大；（4）不同物质的色散曲线没有简单的相似关系。,色散曲线的特点：,孔脱定律：反常色散总是与光的吸收有密切联系。“反常”色散实际上也是很普遍的，“反常”并不反常，“反常”色散和“正常”色散仅是历史上的名词。,2.反常色散：波长越短，折射率越小的色散。,孔脱定律：反常色散总是与光的吸收有密切联系。2.反常色散：波,例6.3由a=1.53974和b=4.5628103nm的玻璃构成的折射棱角为50的棱镜。当棱镜的位置放得使它对550nm的波长处于最小偏向角时，试计算这个棱镜的角色散率。,解：根据角色散率的定义,由柯西公式得,例6.3由a=1.53974和b=4.5628103n,
