光在真空和介质中的差异：光学成果

5.7.1 结构图

5.7.2 光在真空中

1.光的传播速度

式中,ε0为真空中的介电常数,μ0为真空中的磁导率。

2.测定方法

(1)天文学方法

(2)实验室方法

①旋转齿轮法

②旋转镜法

③旋转棱镜法

④克尔盒法

⑤微波谐振腔法

⑥激光测定法

(3)折射率是光在真空中与光在介质中的传播速度之比:

①相速(对严格的单色波):

v=νλ

式中:ν为光波频率,λ为光波波长。

②群速(对无限多个单色波):

5.7.3 光在介质中

光通过介质时,它的传播情况会发生变化:一部分光的能量被物质吸收,一部分光的能量向各个方向散射。光在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度,且随频率而变化,这就是光的色散。光的吸收、散射和色散三者相互联系。

1.光的吸收

图5-65 吸收定律

(1)所有物质对某些范围内的光来说是透明的,对另一些范围内的光是不透明的。(www.xing528.com)

(2)吸收定律

图5-65中,强度为I0的平行光束进入均匀介质中,经过一段距离x后,强度减弱到I,再经过dx后,强度又减弱dI。

朗伯定律:

式中,αa为吸收系数。

(3)吸收光谱(略)

2.光的散射

(1)当光束通过光学性质不均匀的介质时,我们可以从侧面看到光,这种现象叫光的散射。光的散射会使原来传播方向上的光强减弱。

(2)散射规律:

I=I0e-αl

式中,α为衰减系数,是吸收系数αa和散射系数αs之和。

(3)其他

①光学性质的不均匀,可能是由于均匀物质中散布着与它折射率不同的其他物质的大量微粒。

②散射的次波发射中心无规则,而直射、反射和折射是有规则的,且物体的线度远大于波长。

③散射与漫反射不同。

④散射与衍射也不同。

⑤瑞利散射:线度小于光的波长的微粒对入射光的散射。

⑥散射光是平面偏振光,光的强度具有对称性。

3.光的色散

(1)色散现象可以用分子电偶极子的受迫振动来解释。

(2)色散的特点

棱镜色谱仪的角色散率:

式中,θ为光线经棱镜折射后的偏向角;λ为波长。

(3)正交棱镜观察法:显示色散最清晰的方法。

(4)正常色散:波长愈短,折射率愈大,角色散率也愈大。

反常色散:与正常色散不同。