物理光学散射

实验——光的散射
思考——光的散射
1.阴天或污染严重时，天 空为什么是灰白色的？
提示： 阴天，空气中的尘粒、小滴、 冰晶的数量会很多; 云层较厚
2.警示灯为什么选择红色的？
The end Thank you!
奋进号航天飞机拍摄照片
现象解释——光的散射
3.为什么清晨或傍晚看到的太阳呈红色?
I ( )
1
4
此时太阳光穿过的大气层最厚，散射效应最显著。太阳 光中的短波部分几乎都侧向散射，仅剩下红光部分到达地面， 所以可以看见火红的朝阳或夕阳。
现象解释——光的散射
4.为什么云彩是白色的?
天空中的白云是大气中水滴组成的，这些水滴的线度 比可见光的波长大。根据米氏散射，各种波长的光有几乎 相同强度的散射，因而云雾呈白色。
散 射 光 强
A
瑞 利 区
米氏区
B
C
0
1
2
4
6
8
10
a/
图 瑞利散射和米氏散射
I ( )
1
4
随着a/λ 增大， 散射光强与波长的依 赖关系逐渐减弱
大粒子散射 散射光强基本 上与波长无关
现象解释——光的散射
1.为什么晴朗的天空是蓝色的?
I ( ) 1
4
天气晴朗时，大气层中尘埃和水分子颗粒的尺寸(a 100 nm )与 太阳光波长( 400 nm 760 nm )相比较小，对阳光产生瑞利散射。
散射光
散射光
散射光
无散射 有散射
原因——光的散射
二、散射产生的原因： 散射是光与物质的相互作用所致；
光射入透明不均匀介质时，介质中的杂质微粒来自百度文库不规则排
列的物质微粒在光波作用下产生受迫振动，进而产生次波；
散射光
入射光 散射光
次波
各微粒所发出的次波发生叠加，形成散射光。
分类——光的散射
三、散射现象分类：以λ散射是否等于λ入射为标准 ① 散射光波长与入射光波长相等（线性散射） 悬浮质点的散射 瑞利散射 米氏散射 分子散射——十分纯净的液体和气体 ② 散射光波长与入射光波长不等（非线性散射） 拉曼散射 布里渊散射
瑞利散射——光的散射
3.1 瑞利散射 λ
产生条件： 散射微粒的几何线度小于光波长
a
a

1
散射定律：
侧向散射光的光强反比于λ4
I ( ) 1
4
米氏散射——光的散射
3.2 米氏散射
λ

产生条件： 散射微粒的几何线度大于等于光波长 散射规律： 散射光强度I与波长λ之间无明显关系。
a
a

1
瑞利散射、米氏散射—光的散射
光 的 散 射
晴天——光的散射
白云——光的散射
阴天——光的散射
日出——光的散射
定义——光的散射
一、定义： 光通过光学性质不均匀的介质时，在偏离正常传播方 向上有光出射的现象称为散射。
光学性质不均匀： 气体中有随机运动的分子、原子或烟雾、尘埃;
液体中混入小微粒; 固体中掺入杂质或缺陷等。
定义——光的散射
400nm 紫
410——440——460——550——570——610——660nm 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红
760nm 红
根据瑞利定律， 散射光中波长较短的蓝紫光占优势，天空呈蓝色。
现象解释——光的散射
2.如果没有大气层，天空是什么景象?
如果没有大气层 , 即使
在白天，人们仰望天空，将看
到光耀眩目的太阳悬挂在漆黑 的背景中。