第6章光的吸收散射和色散 ppt课件

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、散射和色散三种景象是由光和物质的相互作用引起的，光的吸收、散射和色散三种景象是由光和物质的相互作用引起的，其本质是由光和原子中的电子相互作用引起的，是不同物质的光其本质是由光和原子中的电子相互作用引起的，是不同物质的光学性质的主要表现学性质的主要表现.6.1 光的吸收光的吸收 6.1.1 普通吸收和选普通吸收和选择吸收择吸收任何一种物质对光的吸收都是由普通吸收和选择吸收组成任何一种物质对光的吸收都是由普通吸收和选择吸收组成.普通吸收普通吸收普通吸收普通吸收 general absorption ：除真空外，一切物质对任何波长的电磁波

2、都只是在一定范除真空外，一切物质对任何波长的电磁波都只是在一定范围围内的透明。如石英对可见光几乎是透明的，但对红外线却内的透明。如石英对可见光几乎是透明的，但对红外线却是是不透明的。不透明的。对光吸收很少并在一定波段内都减弱同样强度的称为普通对光吸收很少并在一定波段内都减弱同样强度的称为普通吸收吸收.选择吸收选择吸收selective absorption：一种物质对某些波长范围内的光呈现剧烈的吸收称为选择吸一种物质对某些波长范围内的光呈现剧烈的吸收称为选择吸收收.物质因选择吸收而显示颜色物质因选择吸收而显示颜色.6.1 光的吸收光的吸收 6.2.2 朗伯定律朗伯定律光经过物质时光经过物质时,

3、物体吸收的光能物体吸收的光能转化称为热能转化称为热能.这种能量的转化这种能量的转化经过碰撞来实现经过碰撞来实现.dIIdxIdIdxIdIadaIIa00lnln0daeII0为吸收系数a朗伯定律的数学表达式朗伯定律的数学表达式:ACLeII0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):令具有延续光谱的光令具有延续光谱的光(白光白光)经过吸收介质后再经过光谱分析仪经过吸收介质后再经过光谱分析仪,便可以看到某些波段的光

4、或某些波长的光被吸收而消逝构成便可以看到某些波段的光或某些波长的光被吸收而消逝构成吸收光谱吸收光谱.同一介质其发射光谱与吸收光谱有相当严厉的对应关系同一介质其发射光谱与吸收光谱有相当严厉的对应关系,发射光谱发射光谱的亮线与吸收光谱的暗线具有一一对应的关系的亮线与吸收光谱的暗线具有一一对应的关系.物体本身发射哪些波长的光物体本身发射哪些波长的光,它就剧烈吸收哪些波长的光它就剧烈吸收哪些波长的光.Link6.2 光的散射光的散射 关于光的散射的一些根关于光的散射的一些根本概念本概念散射散射scattering:假设光遇到不均匀介质假设光遇到不均匀介质,其颗粒大小与光波长可以比较时其颗粒大小与光波长

5、可以比较时,这光阴就这光阴就成球形散开成球形散开,此时就不说是反射而是说散射此时就不说是反射而是说散射,因这时已不能用反射因这时已不能用反射定律了定律了.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:有时外表上看来纯真的介质中亦能看到散射光，如大气中气体有时外表

6、上看来纯真的介质中亦能看到散射光，如大气中气体分子散射太阳光，使天空呈蔚蓝色分子散射太阳光，使天空呈蔚蓝色.线度小于波长的物体引起光散射所根据的定律是瑞利所研讨得到线度小于波长的物体引起光散射所根据的定律是瑞利所研讨得到的的.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.米氏发表了任何尺寸均匀球形粒子散射问题严厉解米氏发表了任何尺寸均匀球形粒子散射问题严厉解,具有极大具有极大适用价值适用价值,可以研讨雾、云、日冕、胶体和金属悬浮液的散射可以研讨雾、云、日冕、胶体和金属悬浮液的散射

7、.6.2 光的色散光的色散色散色散dispersion:光在介质中的传播速度光在介质中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景象的景象,称为光的色散称为光的色散.正常色散正常色散:(1)在可见光的范围内无色透明在可见光的范围内无色透明的物质的物质,它们它们的色散曲线方式上很类似的色散曲线方式上很类似(2)n随随的添加而单调下降的添加而单调下降,且下且下降率在短降率在短波一端更大波一端更大(3)科西公式科西公式-阅历公式阅历公式: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. 色散曲线色散曲线丈量不同波长的光线经过

8、棱镜资料的丈量不同波长的光线经过棱镜资料的折射率折射率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:“反常色散的称号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)附近所共有的景象,本来无所谓“正常和“反常.(1)图所示的是在可见光区域内透明的物质如石英在红外区域中的色散曲线图所示的是在可见光区域内透明的物质如石英在红外区域中的色散曲线.(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段满足科西公式段满足科西公式.(3)假设向红外区域延伸，并接近吸收带时，色散曲线开场偏离科西公式假设向红外区域延伸，并接近吸收带

9、时，色散曲线开场偏离科西公式R点点.(4)过了吸收带，色散曲线过了吸收带，色散曲线ST段又恢复正常的方式，并满足科西公式，不过段又恢复正常的方式，并满足科西公式，不过式中的常量式中的常量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在相邻两个吸收线带之间在相邻两个吸收线带之间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急剧加大急剧加大.2总的趋势是曲线随总的趋势是曲线随的添加而抬高的添加而抬高,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何物质的折射率n都等于都

10、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,它阐明这时从真空射向其外外表的电磁波可以发生全反射它阐明这时从真空射向其外外表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 呈红色呈红色线度小于波长的物体引起光散射所根据的定律是瑞利所研讨得到线度小于波长的物体引起光散射所根据的定律是瑞利所研讨得到的的.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.红光经过薄雾时比蓝光的穿透力强，正是由于红光散射较弱的缘故红光经过薄雾时比蓝光的穿透力强，正是由于红光散射较弱的缘故.信号灯和信号旗普通常采用红色信号灯和信号旗普通常采用红色.红外线的穿透才干比红色的可见光更强红外线的穿透才干比红色的可见光更强,因此更适用于远间隔照相和遥感技术因此更适用于远间隔照相和遥感技术.米氏散射米氏散射 Nex