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物理光学课件及习题第六章光的吸收、色散和散射

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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

2、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,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

3、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，即发生于物质的选择吸收波段附近。描述反常色散下 n 与关系的经验公式为塞耳迈耳方程：由此式得当 0时，n ，这是一个缺陷。,由上两式可得：，与正常色散曲线、光谱的特点相吻合。,

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