光的吸收課件

光的吸收、色散和散射

光的吸收、色散和散射是光在介質(zhì)中傳播時所發(fā)生的普遍現(xiàn)象。14.1光的吸收

光通過介質(zhì)時，其強度隨介質(zhì)的厚度增加而減少的現(xiàn)象，稱為介質(zhì)對光的吸收。

從能量的角度考慮，光的吸收就是光在通過介質(zhì)時，光能轉(zhuǎn)換成了其它形式的能量。應(yīng)用于紅外遙感、紅外導(dǎo)航和紅外跟蹤等技術(shù)。14.1.1一般吸收和選擇吸收吸收可分為一般吸收

選擇吸收

在一定波長范圍內(nèi)，若某種介質(zhì)對于通過它的各種波長的光波能量都作等量吸收，并且吸收的能量很少，則稱這種吸收為一般吸收。

若介質(zhì)吸收某種波長的光能特別顯著，則稱其為選擇吸收。

如果不把光局限于可見光范圍內(nèi)，可以說一切物質(zhì)都具有一般吸收和選擇吸收兩種特性。

介質(zhì)對不同波長的光表現(xiàn)出不同程度的吸收

例如：石英

對波長范圍在3.5~5.0μm的紅外光幾乎是不透明的，即石英對該波段的光對應(yīng)選擇吸收。

對可見光幾乎是完全透明的，說明石英對可見光吸收很少，是一般吸收。

選擇吸收是物體呈現(xiàn)顏色的主要原因。

一些透明物體的顏色，是由于某些波長的光透入其內(nèi)一定距離后被吸收掉而引起的。例如：海水對紅光是選擇吸收，這樣紅光被很快吸收掉。

海水對藍綠光是一般吸收，所以藍綠光可以透過相當?shù)纳疃龋院Ｋ尸F(xiàn)藍綠色。

不透明物體反射什么顏色的光到我們眼里，我們就感覺不透明物體是什么顏色。

如果一個物體對白光中所有波長的光都強烈吸收，它呈現(xiàn)黑色；

若白光照射，一個物體對白光中所有波長的光都不吸收，它就反射各種波長的光而呈現(xiàn)白色。研究小組的負責人普利克爾·阿加延

北京時間09年1月16日消息，據(jù)國外媒體報道，美國研究人員當?shù)貢r間15日表示，他們制造出了地球上最黑的材料，這種材料對光的吸收達到99.9%

這種材料是由極細的碳納米管制成，一端直立，幾乎比美國國家標準與技術(shù)研究院用作當前黑色基準的碳物質(zhì)黑了近30倍。該材料接近于科學家夢寐以求的理想黑色，這種理想黑色能吸收各種顏色的光，而且還不反射光。例如：在白光下見到的白紙紅字，在紅光照射下，看到的都是紅色；在藍光照射下，看到的是藍紙黑字。14.1.2光的吸收定律朗伯定律的數(shù)學表達式為x——是平行光在均勻介質(zhì)中通過的距離——是x=0處的光強

I——是光在介質(zhì)中通過x距離后的光強——是吸收系數(shù)，是波長的函數(shù)

負號反映出x增加時，I減弱

對于可見光波段：大氣壓強下的空氣，約10-5cm-1

一般玻璃，約10-2cm-1

金屬，約104~105cm-1

朗伯定律對于激光不適用

稀溶液服從比爾定律

比爾定律數(shù)學形式：C——溶液的濃度A——是常數(shù)，與濃度無關(guān)，它表征吸收物質(zhì)的分子特性

通過測量光在溶液中強度的變化，來計算溶液的濃度，這就是吸收光譜分析的原理。14.1.3吸收光譜

產(chǎn)生連續(xù)光譜的光源所發(fā)出的光，通過有選擇吸收的介質(zhì)后，用分光光度計可以觀測出，某些波段或某些波長的光被吸收，這就形成了吸收光譜。分光光度計以入射光的波長為橫坐標，物質(zhì)對光的吸收程度為縱坐標作圖，即可得到該吸收物質(zhì)的吸收光譜曲線。

不同分子有顯著不同的紅外吸收光譜,廣泛用于有機物研究及生產(chǎn)上。

吸收光譜的研究對紅外遙感、紅外導(dǎo)航和紅外跟蹤等技術(shù)的發(fā)展也起到很大作用，還可為氣象預(yù)報提供必要的依據(jù)。14.2光的色散

各色光在介質(zhì)的分界面處將折向不同的方向，這就是色散現(xiàn)象。

白光入射棱鏡時，可折射出彩色光帶。

為表征介質(zhì)的折射率隨波長變化的程度，定義色散率色散分類

正常色散，反常色散，

正常色散有三個特點：波長越長，折射率越?。徊ㄩL越長，色散率越小；波長很長時折射率趨于常數(shù)。一切無色透明介質(zhì)在可見光區(qū)域均表現(xiàn)為正常色散。幾種材料的正常色散曲線:正常色散時n

與

關(guān)系的經(jīng)驗公式為科西方程：

其中λ為真空中的波長，A、B、C是由介質(zhì)決定的常數(shù)，可由實驗測定。在波長λ變化不大時，柯西公式可以簡化為由上式可求得介質(zhì)的色散率為色散率的現(xiàn)象稱為反常色散。

每一種介質(zhì)都具有正常色散和反常色散的性質(zhì)，只是表現(xiàn)在不同的波長范圍內(nèi)。石英的色散曲線

可見既有正常色散，又有反常色散。14.3光的散射

光線通過光學性質(zhì)不相同的介質(zhì)時，我們可以從側(cè)面清晰地看到光線的軌跡，這種現(xiàn)象稱為光的散射?！肷涔鈴奍——光通過距離x后的光強光的吸收和散射使光強減弱：x——光在介質(zhì)中通過距離的距離k——衰減系數(shù)散射分類廷德爾散射：散射粒子的大小和入射光波波長具有相同數(shù)量級

（按散射粒子的大小）散射粒子的線度比入射光波波長小得多的散射瑞利散射:

（分子散射）

散射光中各種波長的能量不是均勻分布的，短波長的能量占有明顯優(yōu)勢，散射光的強度I與波長λ的四次方成反比，即瑞利定律：

按照瑞利定律，白光中的短波部分比長波部分的散射強烈得多。散射光中因短波成分多，因而天空呈現(xiàn)蔚藍色。

白晝天空是亮的，是大氣對太陽光散射的結(jié)果。如果沒有大氣，即使是白晝，人們仰觀天空，將看到耀眼的太陽懸掛在漆黑的背景中。這是宇航員在太空中觀察到的事實。