第六章 光的吸收、散射和色散.ppt

光的光的吸收吸收-（郎伯定律郎伯定律、比尔定律比尔定律 ）；）；第六章第六章 光的吸收、散射和色散光的吸收、散射和色散 光的散射光的散射-（瑞利散射、米氏散射、分子散射（瑞利散射、米氏散射、分子散射等特点）等特点）光的色散光的色散-（正常色散、反常色散）（正常色散、反常色散）16-1 6-1 电偶极辐射对反射和折射的解释电偶极辐射对反射和折射的解释 一、电偶极子模型一、电偶极子模型 物质分子看成一个简谐振子，每个简谐振子物质分子看成一个简谐振子，每个简谐振子认为是一个电偶极子，由两个电量相等、符号相认为是一个电偶极子，由两个电量相等、符号相反带电粒子所组成。偶极子在外电场作用下，离反带电粒子所组成。偶极子在外电场作用下，离开了平衡位置，在电荷力作用下作简谐振动。开了平衡位置，在电荷力作用下作简谐振动。两种振子：电子振子（相当于原子内部电荷两种振子：电子振子（相当于原子内部电荷的运动）和分子振子（分子电荷的振动和分子的的运动）和分子振子（分子电荷的振动和分子的转动）。转动）。振子在作自由振动或受迫振动时将向外发出振子在作自由振动或受迫振动时将向外发出次级电磁波。次级电磁波。2二、二、电偶极辐射对反射与折射的初步解释电偶极辐射对反射与折射的初步解释 光照物质时，各分子依次按入射光达到该分子光照物质时，各分子依次按入射光达到该分子时的相位作受迫振动，发出次级电磁波，这些次时的相位作受迫振动，发出次级电磁波，这些次级电磁波彼此保持一定相位关系，结合惠更斯作级电磁波彼此保持一定相位关系，结合惠更斯作图可以解释光在介质上反射定律与折射定律。图可以解释光在介质上反射定律与折射定律。7-2 7-2 光的吸收光的吸收光的吸收有两种：一般吸收和选择吸收。光的吸收有两种：一般吸收和选择吸收。一般吸收是物质对光能的吸收很少，并且对某一一般吸收是物质对光能的吸收很少，并且对某一波段的光的吸收量几乎一样。波段的光的吸收量几乎一样。选择吸收是物质对光能的吸收很多，并且随波长选择吸收是物质对光能的吸收很多，并且随波长的变化而剧烈变化。的变化而剧烈变化。3一、郎伯定律一、郎伯定律 平行光垂直入射到均匀物质表面上，入射光强平行光垂直入射到均匀物质表面上，入射光强为为I I0 0，在物质中传播了距离在物质中传播了距离x x后，由于吸收，出射后，由于吸收，出射光强减弱为光强减弱为I I，若再经过一厚度若再经过一厚度dxdx的薄层后，光强的薄层后，光强从从I I减弱为减弱为I-I-dIdI，实验表明，光强相对减少量实验表明，光强相对减少量dIdI/I/I与吸收层厚度与吸收层厚度dxdx成正比，即：成正比，即：其中其中 称为吸收系数称为吸收系数-单位长度光强吸收率，单位长度光强吸收率，单位为单位为m m-1-1。称为称为朗伯定律朗伯定律。4二、比尔定律二、比尔定律 光通过透明溶液时，光被溶液所吸收，吸收光通过透明溶液时，光被溶液所吸收，吸收系数与溶液的浓度系数与溶液的浓度C C成正比，即成正比，即 ，则则 ，上式称为比尔定律，上式称为比尔定律 。三、三、吸收光谱吸收光谱 产生连续光谱光源发出光，产生连续光谱光源发出光，通过有选择吸收的介质后，通过有选择吸收的介质后，某些波段或波长的光被吸收，某些波段或波长的光被吸收，这就形成了吸收光谱。这就形成了吸收光谱。57-3 7-3 光的散射光的散射 光通过物质时，光的吸收与散射都能导致光光通过物质时，光的吸收与散射都能导致光强的减弱，于是透射光强强的减弱，于是透射光强I I与入射光强与入射光强I I0 0之间的关之间的关系为：系为：，其中其中 称为吸收系数，称为吸收系数，称为称为散射系数。散射系数。一、一、散射的经典解释散射的经典解释 当光波入射到混浊物质中，引起了物质中带当光波入射到混浊物质中，引起了物质中带电粒子的振动而辐射出次波，这些次波是向各个电粒子的振动而辐射出次波，这些次波是向各个方向传播，由于小质点的存在破坏了介质的均匀方向传播，由于小质点的存在破坏了介质的均匀性，同时杂质微粒的线度比波长小，而它们相互性，同时杂质微粒的线度比波长小，而它们相互之间的距离比波长大，而且排列无序，使得彼此之间的距离比波长大，而且排列无序，使得彼此之间的振动无固定的相位关系，致使次波在非透之间的振动无固定的相位关系，致使次波在非透射方向上不能相消干涉，因此产生散射光。射方向上不能相消干涉，因此产生散射光。6 散射分成两类：散射分成两类：（1 1）散射粒子线度为）散射粒子线度为1/101/10波长以下的散射粒子的散波长以下的散射粒子的散射称为射称为瑞利散射瑞利散射（小粒子散射小粒子散射）；）；（2 2）散射粒子的线度与波长同数量级的散射称为）散射粒子的线度与波长同数量级的散射称为米米氏散射氏散射（大粒子散射大粒子散射）。）。二、瑞利散射二、瑞利散射 瑞利散射瑞利散射具有以下特点：具有以下特点：（1 1）散射光强度与入射光波长的四次方成正比，）散射光强度与入射光波长的四次方成正比，I I 为为 方向的散射光强。方向的散射光强。（2 2）散射光强度）散射光强度I 与与（1+cos2）成正比，即成正比，即 其中其中 为入射光方向与观察方向之间的夹角。为入射光方向与观察方向之间的夹角。7三、三、米氏散射米氏散射 米氏散射的特点：米氏散射的特点：（1）散射光的强度与入射光波长的依赖关系不很显）散射光的强度与入射光波长的依赖关系不很显著，因此散射光的颜色与入射光的颜色相近；著，因此散射光的颜色与入射光的颜色相近；（2）散射光的强度角分布随散射粒子的半径变化显）散射光的强度角分布随散射粒子的半径变化显著地改变。著地改变。四、散射光的偏振态四、散射光的偏振态 自然光入射到各向同性物质，从各个方向去观察自然光入射到各向同性物质，从各个方向去观察散射光，可以发现：散射光，可以发现：只有迎着原来入射方向的光只有迎着原来入射方向的光仍是自然光，垂直于入射方向的散射光为线偏振仍是自然光，垂直于入射方向的散射光为线偏振光，沿着其他方向的散射光是部分偏振光。光，沿着其他方向的散射光是部分偏振光。8五、五、分子散射分子散射 光学性质完全均匀物质，由于物质分子密度的光学性质完全均匀物质，由于物质分子密度的涨落而引起散射，称为涨落而引起散射，称为分子散射分子散射。6-4 6-4 光的色散光的色散 物质折射率随波长而改变的现象称物质折射率随波长而改变的现象称光的色散光的色散。用量度用量度 物质折射率物质折射率n n随波长变化的快慢。随波长变化的快慢。一、一、正常色散正常色散 折射率随波长的增大而减小（折射率随波长的增大而减小（）的色散）的色散通常称为通常称为正常色散正常色散。9 正常色散区内折射率随波长变化的经验公式：正常色散区内折射率随波长变化的经验公式：正常色散的特点：正常色散的特点：（1）波长越短，折射率越大；）波长越短，折射率越大；（2）波长越短，波长越短，越大；越大；（3 3）波长一定，物质折射率越大，波长一定，物质折射率越大，也越大；也越大；（4）不同物质的色散曲线没有简单的相似关系。）不同物质的色散曲线没有简单的相似关系。二、反常色散二、反常色散 在吸收区域，折射率随波长的增大而增大的现在吸收区域，折射率随波长的增大而增大的现象称为象称为反常色散反常色散。10本章重点本章重点光的光的吸收吸收-（郎伯定律郎伯定律 、比尔定律比尔定律 ）；）；光的散射光的散射-（瑞利散射、米氏散射、分子散射（瑞利散射、米氏散射、分子散射等特点）等特点）光的色散光的色散-（正常色散、反常色散）（正常色散、反常色散）11