光的吸收色散和散射.ppt

*牛顿用交叉棱镜观测物质色散特性的实验白光没有p2加时如果P1与P2的材料的色散特性不一样彩带将会弯曲第21页,共39页，2024年2月25日，星期天*几种常见光学材料的色散曲线第22页,共39页，2024年2月25日，星期天*正常色散的科稀公式：n=A+B/λ2+C/λ4A、B、C是与物质有关的常数，由实验数据确定。当λ变化范围不大时，科稀公式可只取前两项：n=A+B/λ2第23页,共39页，2024年2月25日，星期天*二、反常色散实验表明，在强烈吸收的波段，色散曲线的形状与正常色散曲线大不相同，产生严重的扭曲或割断现象，此称为反常色散。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，本无所谓“正常”和“反常”，只是历史上曾这样称呼而沿用下来的。第24页,共39页，2024年2月25日，星期天*伍德用交叉棱镜法观察钠蒸汽的色散实验钠蒸汽管，相当于图2－1中的P2棱镜第25页,共39页，2024年2月25日，星期天*石英晶体在红外区域中的反常色散特性曲线第26页,共39页，2024年2月25日，星期天*三、一种物质的全部色散曲线特性各种物质的色散曲线各不相同，若考察它们从λ=0到几百米的广阔范围内的全部色散曲线，就会发现它们有些共同的特性：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），n急剧加大;总的趋势是曲线随的λ增加而抬高，即各正常色散区所满足的科希公式中常数A加大。λ→0时，任何物质的折射率n都等于1，对于极短波（γ射线和硬X射线）n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。（见下图）第27页,共39页，2024年2月25日，星期天*一种物质的全部色散曲线第28页,共39页，2024年2月25日，星期天*§3群速一、问题的引出根据光的微粒说：sini1/sini2=v2/v1根据光的波动说：sini1/sini2=v1/v2=n2/n1=n12傅科实验测得空气、水中光速之比近于4：3，与空气到水的折射率相符，论证了波动说的正确。迈克耳孙测空气→CS2中光速比为1.758，相对折射率为1.64，相差甚远，这绝非实验误差所致。是什么原因导致这种差异？第29页,共39页，2024年2月25日，星期天*二、相速、波包、群速1、相速对于各向同性媒质，波面的（等位相面）传播速度，即称不相速。2、波包在色散媒质中只有理想的单色波具有单一的相速，然而理想的单色波是不存在的，因为波列不会无限长。一列有限长的波相当于许多单色波列的迭加。一群单色波组成的波列叫做波包。第30页,共39页，2024年2月25日，星期天*3、群速当波包通过有色散的媒质时，它的各个单色分量将以不同的相速前进，整个波包在向前传播的同时，形状也随之改变。波包中振幅最大的地方叫做它的中心，波包中心前进的速度称为群速。第31页,共39页，2024年2月25日，星期天*4、群速的表达式：第32页,共39页，2024年2月25日，星期天*第33页,共39页，2024年2月25日，星期天*其中：高频波包的传播速度为ω0/k0，其相当于“波包”的相速vp，低频波包的传播速度为△ω0/△k，其即为波包的群速vg即:vg=dω/dk三、群速与相速之间的关系ω=kvpω/k=(2π/T)(2π/λ)=λ/T=vpvg=dω/dk=vp+kdvp/dk=vp－λdvp/dλ——瑞利群速公式第34页,共39页，2024年2月25日，星期天*dvp/dλ＞0vg＜vp（群速小于相速）dvp/dλ＜0vg＞vp（群速大于相速）dvp/dλ=0vg=vp（群速与相速没有区别）傅科和迈克耳孙实验矛盾的解释：惠更斯原理用折射率法测出媒质中的光速是相速，大多数其它方法测出的都是光的信号速度即群速，折射率等于相速之比，他们所测的都是空气和媒质中光的群速之比，由于水的色散率不大，群速与相速的差别不明显，