第六章 光的吸收

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1、第六章光的吸收、散射和色散在光束通过物质时，它的传播情况将要发生变化。首先光束越深入物质，它的光强将越减弱，这是由于一部分光的能量被物质所吸收，而另一部分光向各个方向散射所造成的，这就是光的吸收和散射现象。其次，光在物质中的速度将小于光在真空中的速度，并将随频率而改变，这就是光的色散现象，光的吸收、散射和色散这三种现象，都有是由于光与物质的相互作用引起的，实质上是由光与原子中的电子相互作用引起的。这些现象是不同物质光学性质的主要表现，对它们的讨论可以为我们提供关于原子、分子和物质结构的信息。本章侧重于对现象及其唯象规律的描述，并用经典电子论

2、对这些现象作进一步的解释。§6.1电偶极辐射对反射和折射现象的解释1.1、电偶极子模型1电偶极子模型：用一组简谐振子来代替实际物质的分子。每一振子可认为是一个电偶极子，由两个电量相等、符号相反的带电粒子所组成。在外电场的作用下，偶极子能做简谐振动。2振子的分类：一种相当于原子内部电荷的运动（电子振子），另一种相当于分子或原子电荷的振动和整个分子的转动（分子振子）注：在电子振子中带负电的粒子是电子，带正电的粒子是质量比电子大得多得的原子核，所以可认为原子核不参与运动，把它当作固定的准弹性力的中心。1.2、电偶极辐射对反射和折射现象的初步解释（

3、学生自学）§6.2光的吸收2.1吸收现象在一个波长范围内，若某种媒质对于通过它的各种波长的光波都作等量(指能量)吸收，且吸收量很小，则称这种媒质具有一般吸收(generalabsorption)性。光通过呈现一般吸收性的媒质时，光波几乎都能从媒质透射，因此又可说媒质对这一波长范围的光是透明的。通常所说的透明体，如玻璃、水晶，是指对白光呈现一般吸收性。除真空外，对全部波长范围内的光都透明的物体是不存在的。lcm厚的玻璃板对可见光范围内的各种波长的光波都等量吸收1%(即透射光的功率密度为入射光的99%)，然而玻璃对于波长大于2500nm的光波，

4、或波长小于380am的光波都能完全吸收，因而对于红外线或紫外线来说，玻璃就成为非透明体了。虽然橡皮对于可见光来说是一种非透明体，但它对于红外线却是良透明体。若媒质吸收某种波长的光能比较显著，则称它具有选择吸收(selectiveabsorption)性。如果不把光局限于可见光范围以内，可以说一切物质都具有一般吸收和选择吸收两种特性。  从媒质的吸收光谱中，可以得知媒质对那些波长的光具有选择吸收性。一般地讲，固体和液体选择吸收的波长范围较宽，称之为吸收带；而稀薄气体选择吸收的波长范围很窄，表现为吸收线。选择吸收性是物体呈现颜色的主要原因。例如

5、，绿色玻璃是把入射的白色光和蓝色光吸收掉，只剩下绿色光能够透过去。带色物体一般有体色（bodycolor）和表面色（surfacecolor）区分。大多数天然物质如颜料、花等的颜色都是在光入射物体内部成分不同而形成的，所以叫作体色，呈现体色物体的透射光和反射光的颜色是一样的，还有一些物质，特别是金属，对于某种颜色光的反射率特别强，于是被它们反射的光就呈现这种颜色，而有它们透射的光是这种颜色的互补色（某种颜色和它的互补色混合后是白色）。例如，被金黄薄膜反射的光呈现黄色，而由它们透射的光则是绿色。这类物体的颜色是由于物体表面的选择反射而形成的，

6、所以叫表面色。被不具有选择反射性表面所反射的光仍呈现白色。例如，啤酒的泡沫呈现白色，而啤酒本身却是深黄色。光谱中的每一种颜色都是纯色（purecolor），实际中，有许多颜色在光谱中并不存在。例如，在光谱里找不出和高锰酸钾溶液的紫红色一样的颜色。令白色光透射高锰酸钾溶液后，再用分光仪检查之，可发现这种溶液能完全吸收光谱中的各色光，而能透射光谱两端的红色光和紫色光。事实上，纯色是很少看到的，绝大多数物体的颜色通常是混合色。上述各色光的混合与不同颜色的漆和颜料混合后显示的颜色是不同的。黄色光和它的互补色——蓝色光混合后得到的是白色光。但是黄色颜

7、料和蓝色颜料混合时。却要显示绿色。这是因为蓝色颜料能够全部吸收红、黄各色光，反射蓝、绿各色光。而黄色颜料能够全部吸收蓝、紫各色光，反射红、黄、绿各色光。因而这两种颜料混合起来只能反射绿色光，故显示绿色。2.2吸收定律 1729年，根抿实验建立一个吸收定律，后来，Lambern（1760）又作了理论上的证明。图7--1示出功率密度为的平行光柱，入射厚度为的吸收物质后，透射光的功率密度减弱为。设入射到物质内部元层dz上的功率密度为，由它透射后的功率密度为，这一元层所吸收的功率密度应与Idz成正比，即或式中叫作吸收物质的吸收率(absorptiv

8、ity)。它表明吸收媒介的单位厚度所吸收的人射功率密度的分数。式中负号表明通过吸收层后，I是减弱的。将上式积分，并考虑到在均匀媒介中是常数，可得或当光通过溶液时，光被溶解在透明溶