【涨知识】光的散射

当光束通过均匀的透明介质时,从侧面是难以看到光的。但当光束通过不均匀的透明介质时,部分光束将偏离原来方向而分散传播,从侧向也可以看到光的现象,这是介质中的不均匀性使光线朝四面八方散射的结果,这种现象称为光的散射。

例如,当一束太阳光从窗外射进室外内时,我们从侧面可以看到光线的径迹,就是因为太阳光被空气中的灰尘散射的缘故。

旭日和夕阳呈红色。这是因为早晚阳光以很大的倾角穿过大气层,经历的大气层要远比中午时大得多,所有频率较高的绿光、蓝光等几乎朝侧向散射,仅剩下频率较低的红光到达观察者(接近地面的空气中有尘埃,更增强了散射作用)。

几种主要的散射:

1、瑞利散射:微粒线度很小时,波长越短,散射光强越大,且散射光强与波长的四次方成反比。

2、康普顿散射:X射线发生散射时,波长会发生变化。

3、米氏散射:微粒线度大时,散射光强与波长的四次方不成反比。

4、拉曼散射:可见光发生散射时,波长也会发生变化。


【瑞利散射(Rayleigh scattering)】

线度小于光波长的微粒(一般悬浮颗粒线度为波长的十分之一)对入射光的散射时,散射强度与光波长的四次方成反比,这种散射称为瑞利散射。

表明波长越短,散射光强越大。

天空变蓝的原因:

正午时,太阳直射地球表面,太阳光在穿过大气层时,各种波长的光都要受到空气的散射,其中波长较长的波散射较小,大部分传播到地面上。而波长较短的蓝、绿光,受到空气散射较强,天空中的兰色正是这些散射光的颜色,因此天空会呈现蓝色。(如图)

【康普顿散射】

物质对X射线的散射又称康普顿效应,X射线散射时,频率(或波长)发生变化的现象。

康普顿效应可归结为: ①设入射X射线的波长为λ0,在散射光中除 原波长的谱线外还出现波长λ>λ0的谱线。 ②波长差Δλ=λ-λ0随散射角θ(散射光 与入射光间的夹角)的增加而增加;散射光中波长为λ的谱线强度随θ的增加而增强。 ③对不同元素的散射物质,同一散射角时的波长差Δλ均相同;波长为λ的谱线强度随散射元素的原子序数的增加而减弱。

【米氏散射】

随着悬浮微粒限度的增大,沿入射光方向的散射光强将大于逆入射光方向的光强。

当混浊介质中悬浮微粒的限度可与入射光波长相比拟,散射光强I符合下列公式:

散射光强的角分布不再称对称分布。

瑞利定律的适用条件是散射体的尺度比光的波长小。较大颗粒对光的散射不遵从瑞利的λ的四次方反比律,为米氏散射。

【拉曼散射】

当单色光定向地通过透明物质时,会有 一些光受到散射。散射光的光谱,除了含有原来波长的一些光以外,还含有一些弱的光,其波长与原来光的波长相差一个恒定的数量。这种单色光被介质分子散射后频率发生改变的现象,称为并合散射效应,又称为拉曼效应。

从经典电磁理论观点看,散射光的频率是入射光频率v0和分子振动的固有频率的联合故拉曼散射又称为联合散射。

应用: 研究分子结构;受激拉曼散射(用激光作光源)可用于研究生物分子结构、测量大气污染等。

大海为什么是蓝的?

海水的颜色主要是由海水对太阳光线的吸收、反射和散射造成的。我们知道:太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光复合而成,七色光波长长短不一,其中波长长的红光、橙光、黄光穿透能力强,最易被水分子所吸收。波长较短的蓝光、紫光穿透能力弱,遇到纯净海水时,最易被散射和反射。又由于人们眼睛对紫光很不敏感,往往视而不见,而对蓝光比较敏感。

 

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