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1、第第6章章 光的吸收、散射和色散光的吸收、散射和色散光的吸收、散射和色散光的吸收、散射和色散三种现象是由光和物质的相互作用引起的，三种现象是由光和物质的相互作用引起的，其实质是由其实质是由光光和原子中的和原子中的电子相互作用电子相互作用引起的，是不同物质的光学引起的，是不同物质的光学性质的主要表现性质的主要表现.6.1 光的吸收光的吸收 6.1.1 一般吸收和选择吸收一般吸收和选择吸收任何一种物质对光的吸收都是由任何一种物质对光的吸收都是由一般吸收一般吸收和和选择吸收选择吸收组成组成.一般吸收一般吸收（普通吸收（普通吸收 general absorption ）：）：除除真空真空外，所有物质对
2、任何波长的电磁波都只是在一定范围外，所有物质对任何波长的电磁波都只是在一定范围内的透明。如石英对可见光几乎是透明的，但对红外线却是内的透明。如石英对可见光几乎是透明的，但对红外线却是不透明的。不透明的。对光吸收很少并在对光吸收很少并在一定波段内一定波段内都减弱同样强度的称为都减弱同样强度的称为一般吸收一般吸收.选择吸收选择吸收（selective absorption）：）：一种物质对一种物质对某些波长范围某些波长范围内的光呈现内的光呈现强烈的吸收强烈的吸收称为选择吸收称为选择吸收.物质物质因选择吸收而因选择吸收而显示颜色显示颜色.6.1 光的吸收光的吸收 6.2.2 朗伯定律朗伯定律光通过物
3、质时光通过物质时,物体吸收的物体吸收的光能光能转化称为转化称为热能热能.这种能量的转化这种能量的转化通过通过碰撞碰撞来实现来实现.朗伯定律的数学表达式朗伯定律的数学表达式:比尔定律的数学表达式比尔定律的数学表达式:C溶液的浓度溶液的浓度 ; A一与浓度无光的常量一与浓度无光的常量6.1 光的吸收光的吸收 6.2.3 吸收光谱吸收光谱吸收光谱吸收光谱 (absorption spectrum):令具有令具有连续光谱连续光谱的光的光(白光白光)通过通过吸收介质吸收介质后再经过光谱分析仪后再经过光谱分析仪,便可以看到便可以看到某些某些波段的光或波段的光或某些某些波长的光波长的光被吸收而消失被吸收而消
4、失形成形成吸收光谱吸收光谱.同一介质其同一介质其发射光谱发射光谱与与吸收光谱吸收光谱有相当严格的对应关系有相当严格的对应关系,发射光谱发射光谱的的亮线亮线与吸收光谱的与吸收光谱的暗线暗线具有具有一一对应一一对应的关系的关系.物体本身物体本身发射发射哪些波长的光哪些波长的光,它就它就强烈吸收强烈吸收哪些波长的光哪些波长的光.Link6.2 光的散射光的散射 关于光的散射的一些基本概念关于光的散射的一些基本概念散射散射（scattering）:若光遇到若光遇到不均匀介质不均匀介质,其颗粒大小与光波长可以其颗粒大小与光波长可以比拟比拟时时,这时光就这时光就成成球形球形散开散开,此时就不说是反射而是说
5、散射此时就不说是反射而是说散射,因这时已因这时已不能用不能用反射反射定律了定律了.6.2 光的散射光的散射 散射光的光强与散射光偏振性散射光的光强与散射光偏振性 电偶极辐射模型初步解析电偶极辐射模型初步解析6.2 光的散射光的散射 散射光的偏振性散射光的偏振性6.2 光的散射光的散射 散射的类型散射的类型分子散射（分子散射（molecular scattering）:瑞利散射（瑞利散射（Rayleigh scattering）:米氏散射（米氏散射（Mie scattering）:有时表面上看来有时表面上看来纯净的介质纯净的介质中亦能看到散射光，如大气中气体中亦能看到散射光，如大气中气体分子散射
6、太阳光，使天空呈蔚蓝色分子散射太阳光，使天空呈蔚蓝色.线度小于波长线度小于波长的物体引起光散射所依据的定律是瑞利所研究得到的物体引起光散射所依据的定律是瑞利所研究得到的的.瑞利发现散射光强正比于驱动频率的四次方瑞利发现散射光强正比于驱动频率的四次方,与波长的四次方与波长的四次方成反比成反比,即即I41/4,也称瑞利定律也称瑞利定律.米氏发表了米氏发表了任何任何尺寸尺寸均匀球形粒子均匀球形粒子散射问题严格解散射问题严格解,具有极大具有极大实用价值实用价值,可以研究雾、云、日冕、胶体和金属悬浮液的散射可以研究雾、云、日冕、胶体和金属悬浮液的散射.6.2 光的色散光的色散色散色散（dispersio
7、n）:光在光在介质中介质中的传播速度的传播速度（或者说折射率（或者说折射率n=c/）随波长）随波长而异而异的现象的现象,称为光的色散称为光的色散.正常色散正常色散:(1)在在可见光的范围可见光的范围内无色透明的物质内无色透明的物质,它它们们的色散曲线形式上很相似的色散曲线形式上很相似(2)n随随的增加而单调下降的增加而单调下降,且下降率在短且下降率在短波一端更大波一端更大(3)科西公式科西公式-经验公式经验公式:式中式中A、B、C是与物质有关的常量是与物质有关的常量,其数值其数值由实验数据来确定由实验数据来确定. 色散曲线色散曲线测量不同波长的光线通过棱镜材料的测量不同波长的光线通过棱镜材料的
8、折射率折射率n与波长与波长之间依赖关系曲线之间依赖关系曲线 link6.2 光的色散光的色散反常色散反常色散:“反常色散”的名称是历史上沿用下来的,其实反常色散是任何物质在吸收线(或吸收带)附近所共有的现象,本来无所谓“正常”和“反常”.(1)图所示的是在图所示的是在可见光区域内可见光区域内透明的物质（如石英）在透明的物质（如石英）在红外区域中红外区域中的色散曲线的色散曲线.(2)在可见光区域内色散正常，曲线（在可见光区域内色散正常，曲线（PQ段）段）满足满足科西公式科西公式.(3)若向红外区域延伸，并若向红外区域延伸，并接近吸收带接近吸收带时，色散曲线开始偏离科西公式（时，色散曲线开始偏离科
9、西公式（R点）点）.(4)过了吸收带，色散曲线（过了吸收带，色散曲线（ST段）又恢复正常的形式，并满足科西公式，不过段）又恢复正常的形式，并满足科西公式，不过式中的式中的常量常量A、B、C等换为新的数值等换为新的数值. link link6.2 光的色散光的色散（1）在）在相邻相邻两个吸收线（带）之间两个吸收线（带）之间n单调下降，每次经过一个吸收线（带），单调下降，每次经过一个吸收线（带），n急剧急剧加大加大.（2）总的趋势是曲线随）总的趋势是曲线随的增加而抬高的增加而抬高,即各正常色散区所满足的科西公式中即各正常色散区所满足的科西公式中常量常量A加大加大.（3）=0时时,任何物质的折射率任
10、何物质的折射率n都等于都等于1,对于极短波（对于极短波（射线和硬射线和硬X射线）射线）,n略小于略小于1,它表明这时从真空射向其外表面的电磁波可以发生全反射它表明这时从真空射向其外表面的电磁波可以发生全反射.专题专题 彩虹彩虹(Rainbows)专题专题 彩虹彩虹(Rainbows)专题专题 彩虹彩虹(Rainbows)专题专题 彩虹彩虹(Rainbows)专题专题 彩虹彩虹(Rainbows) End专题专题 彩虹彩虹(Rainbows)Please Kill The Rainbow BackAbsorption spevtrum Back瑞利散射瑞利散射 Next 呈青蓝色呈青蓝色 呈红色
11、呈红色线度小于波长线度小于波长的物体引起光散射所依据的定律是瑞利所研究得到的物体引起光散射所依据的定律是瑞利所研究得到的的.瑞利发现散射光强正比于驱动频率的四次方瑞利发现散射光强正比于驱动频率的四次方,与波长的四次方与波长的四次方成反比成反比,即即I41/4,也称瑞利定律也称瑞利定律.红光通过薄雾时比蓝光的红光通过薄雾时比蓝光的穿透力强穿透力强，正是由于红光，正是由于红光散射散射较弱的缘故较弱的缘故.信号灯和信号旗一般常采用红色信号灯和信号旗一般常采用红色.红外线红外线的穿透能力比红色的可见光更强的穿透能力比红色的可见光更强,因而更适用于远距离照相和遥感技术因而更适用于远距离照相和遥感技术.米氏散射米氏散射 Next球半径球半径米德拜的米德拜的散射理论证明：只有在散射理论证明：只有在k时，时，瑞利定律瑞利定律正确正确.当当k较大时较大时,散射强度与波长的依赖关系就散射强度与波长的依赖关系就不十分明显不十分明显.分子散射分子散射 Back观察光色散的正交棱镜装置观察光色散的正交棱镜装置 Back观察反常色散的实验装置观察反常色散的实验装置 Back
