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文档简介
1、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。,第六章 光的吸收、散射和色散,内容分析:第一单元(1):经典电磁理论中用以 解释光与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。,I0,I,I-dI,dx,x,x+dx,l,X,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。 21 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(IdI),则有 成立,2 光的吸收,比尔
2、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=AC。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 液浓度C。,积分可得通过厚度为l的介质后的光强I,,22 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”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。,23 吸收光谱 产生连续光谱的光源在通过介质后产生吸收,所形成的光谱为吸收光谱,如图65所示。吸收系数
3、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 光的散射,31 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。,32 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,
4、33 瑞利定律 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。,光的性质由角的变化而变为偏振度不同的偏振光; 当=90时为平面偏振光,其余方向为部分偏振 光。,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 光的色散,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。,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。,42 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612。 对棱
5、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。 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。,光谱图611: 特点:1 光谱线是非均匀排布的。 2 短波段的角色散率比长波段的大(可比较 a、c)。 3 折射率大则角色散率大,光谱就展开的宽 (可比较a、 b)。,色散曲线图614: 特点:1 随波长值变大,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 波长一定时,介质的折射率越大,则色散 曲线的斜率越大。,43 色散类型及方程 正常色散 特点:当波长 变大时,折射率值 n 变小,角色散率D变小。 一切无色透明介质在可见光区域均表现为正常色散。 描述正常色散时n 与 关系的经验公式为科希方程: a、b、c为由介质特性决定的常数,由实验得出。 当波长间隔不大时,科希方程可取近似形式:,反常色散 在某些波长段会出现波长变大,折射率值增大的现 象,这称为反常色散。 反常色散同样是物质的普遍性质。反常色散与选择吸 收密切相关,即发生于物质的选
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