8旋光效应、光与物质相互作用(1)

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光与物质的相互作用

选择吸收反映了物质的能级结构
• 介质中的原子吸收入射光，发生跃迁 • 能级间隔与入射光子能量匹配，受激吸收
孤立原子固体中稀土离子分立能级
凝聚态物质能带
I 吸收线
吸收带
I
线状谱

带状谱

7.1.4 吸收光谱
• 大气层对不同波段的电磁辐射选择吸收
7.1.4 吸收光谱
大气窗口与温室气体
• 大气层对不同波段的电磁辐射选择吸收
7.2.1 正常色散
在可见光波段，考察的波长范围不太大时，前两项就够了：
n

A

B
2
dn
d

2
B
3
常用的一些光学玻璃的参数
7.2.1 正常色散
Cauchy公式形式非常简单，具有很多应用。Cauchy公式只使用于正常色散区，在可见光波段和实际情况吻合的比较好，红外波段误差较大。
7.2.1 正常色散
()2
7.2.4 经典色散理论
在损耗很低的情况下 1
n2 1 ZNe2
02 2
0m (02 2 )2 ()2
介质的折射率可能大于1，也可能小于1，甚至可能是负值
0 0
n2 (1 2 ) 1 ZNe2 1 0m 02 2
极化率 P 0E
相对介电常量
r
1

1
ZNe2
0m
( 2
1
02 ) i
折射率
n2
r
1
ZNe2
0m
( 2
1
02 ) i
7.2.4 经典色散理论
折射率
n2
1
ZNe2

旋光效应实验报告

旋光效应实验报告实验目的，通过实验观察和探究旋光效应，了解旋光现象的产生原理和特性。

实验仪器和材料，旋光仪、石英片、线偏振片、浓度为1.0g/100mL的蔗糖水溶液、白色荧光灯。

实验原理，旋光效应是光学中的一种特殊现象，当偏振光通过某些物质时，会发生偏振方向的旋转，这种现象称为旋光效应。

旋光效应是由手性分子（具有手性的分子）所引起的，其本质是光的线偏振方向随着光在手性分子中传播而发生旋转。

实验步骤：1. 将旋光仪放置在实验台上，调整好仪器位置和高度。

2. 将白色荧光灯放在旋光仪前方，使其光线直射旋光仪的入射口。

3. 在旋光仪的出射口处放置一个线偏振片，使其方向与旋光仪出射光线的偏振方向垂直。

4. 在线偏振片的另一侧放置一块石英片，然后将浓度为1.0g/100mL的蔗糖水溶液滴在石英片上。

5. 调节旋光仪的旋转角度，观察通过线偏振片和石英片后的光线变化。

实验结果：通过实验观察可以发现，当蔗糖水溶液滴在石英片上后，通过旋光仪的光线会发生偏振方向的旋转。

随着旋光仪旋转角度的改变，观察到通过线偏振片后的光线强度也会发生变化，最终呈现出周期性的变化规律。

这就是旋光效应的典型表现。

实验分析：旋光效应是由手性分子引起的，而蔗糖分子就是一种手性分子。

当线偏振光通过含有手性分子的物质时，由于手性分子的空间结构不对称性，导致光线的线偏振方向发生旋转，从而产生旋光效应。

而旋光的角度大小与物质的性质、浓度、光的波长等因素有关。

实验结论：通过本次实验，我们深入了解了旋光效应的产生原理和特性。

旋光效应是光学中的重要现象，对于研究手性分子和光学材料具有重要意义。

通过实验观察和分析，我们对旋光效应有了更深入的理解，这对于我们的学习和科研工作具有重要意义。

实验注意事项：1. 在实验过程中要小心操作，避免发生意外。

2. 实验结束后要及时清理实验台和仪器，保持实验环境整洁。

3. 实验数据要认真记录，以便后续分析和总结。

通过本次实验，我们对旋光效应有了更加深入的了解，这对于我们的学习和科研工作具有重要意义。

旋光效应

课件介绍:旋光效应掌握产生、检验偏振光的原理和方法；了解1/2、1/4波片的作用。

了解旋光仪原理并掌握其使用方法；了解旋光器结构和三分视场原理；用旋光仪测量糖溶液的旋光率和浓度。

旋光效应如何产生的？为什么和那种特殊的碳原子有关呢？旋光效应的简单解释是：旋转透明介质具有角动量，光也具有角动量。

当光通过旋转透明介质时，可以得到部分旋转透明介质的角动量而使光的转动动能增加。

这样我们可以理解为，具有手性碳原子的化合物其角动量才可以使光的转动动能增加，使其光轴发生旋转。

WXG-4园盘旋光仪一、仪器的用途圆盘旋光仪使用于化学工业、医院、高等院校和科研单位，用来测定含有旋光性的有机物质，如糖溶液、松节油、樟脑等几千种活性物质，都可用旋光仪来测定它们的比重、纯度、浓度与含量。

例如：用于食品工业：检验含糖量和测定食品调味品之淀粉含量；用于临床及医院：测定尿中含糖量及蛋白质；用于糖厂：检验生产过程中糖溶液浓度；用于药物香料工业：测定药物香料油之旋光性；用于高等院校：教学实验。

二、技术参数1.旋光度测定范围： -180°～+180°2. 度盘格值： 1°3. 度盘游标读数值： 0.05°4. 放大镜放大倍数： 4×5. 单色光源（钠灯）波长： 589.44mm6. 试管长度： 100mm、200mm 各1支7. 仪器使用电源：电源电压： AC220V±22V，50HZ±1HZ工作电流： 1.3A放电功率： 20W稳定时间： 10min8. 仪器重量： 8kg9. 仪器外形尺寸： 540mm×220mm×380mm。

旋光效应

旋光效应一、实验原理偏振光通过某种物质后，其振动面将以光的传播方向为轴线转过一定的角度，这种现象叫做旋光现象。

旋转的角度称为旋光度。

凡能使线偏振光通过后将其振动面旋转一定角度的物质，称作旋光性物质。

旋光性物质不仅限于像石英、朱砂等固体，还包括糖溶液、松节油等具有旋光性质的液体。

不同的旋光性物质可使偏振光的振动面向不同方向旋转。

若面对光源，使振动面逆时针旋转的物质称为左旋物质；使振动面顺时针旋转的物质称为右旋物质。

旋光度：平面偏振光通过含有某些光学活性的化合物液体或溶液时，能引起旋光现象，使偏振光的平面向左或向右旋转，旋转的度数，称为旋光度（用α表示）。

比旋度：平面偏振光透过长1dm 并每1ml 中含有旋光性物质1g 的溶液，在一定波长与温度下测得的旋光度称为比旋度（用αD t表示）。

旋光度不仅与化学结构有关，还和测定时溶液的浓度、液层的厚度、温度、光的波长以及溶剂有关。

αDt L C100α=×D 为钠光谱的D 线 t 为测定时的温度 α为测得的旋光度 L 为测定管的长度（dm ）C 为每100ml 溶液中含被测物质的重量（g，按干燥品或无水物计算）二、实验仪器WXG-4型圆盘旋光仪样品管：钠光灯源焦距调节旋钮样品管放置处调节旋光度数值旋钮调节旋光度数值旋钮三分视场观察窗口示数刻度窗旋光仪的基本部件：单色光源、起偏镜、测定管、检偏镜、检测器等五个部分。

原理：在起偏镜与检偏镜之间未放入旋光物质之间，如起偏镜与检偏镜允许通过的偏振光方向相同，则在检偏镜后面观察的视野是明亮的；如在起偏镜与检偏镜之间放入旋光物质，则由于物质旋光作用，使原来由起偏镜出来的偏振光方向旋转了一个角度α，结果在检偏镜后面观察时，视野就变得暗一些。

若把检偏镜旋转某个角度，使恢复原来的亮度，这时检偏镜旋转的解度及方向即是被测供试品的旋光度。

构造原理：晶轴晶轴目镜αα光源起偏镜偏振光盛液管旋转后的检偏镜通过检偏镜偏振光的偏振光三分视场：旋光仪的起偏片后中部位置会安装有一个劳伦特石英片，穿过它的光大概占视野的三分之一，因为石英片在中部所以这束光出现在视野的中间位置。

4、旋光效应

4、旋光效应所谓旋光效应，是指偏振光通过某些晶体或物质的溶液时，其振动面以光的传播方向为轴线发生旋转的现象。

具有旋光性的晶体或溶液称为旋光物质。

旋光效应最早是在石英晶体中发现的，后来在糖溶液、松节油、硫化汞、氯化钠等液体中和其他一些晶体中，都发现有此现象。

旋光性物质分为两种：一种是介质能使光的振动平面按顺时针方向转动，称右旋光介质；另一种是介质能使光的振动平面按逆时针方向转动，称左旋光介质。

1811年，阿喇果（Arago）在研究石英晶体的双折射特性时发现，一束线偏振光沿石英晶体的光轴方向传播时，其振动平面会相对原方向转过一个角度。

由于石英晶体是单轴晶体，光沿着光轴方向传播不会发生双折射，因此，阿喇果发现的现象应属于另外一种新现象，这就是旋光现象。

[8]在旋光效应发现之初，人们就猜测，光束转动的原因，很可能是由分子中原子排列的某种不对称性造成的，巴斯德的研究证明了人们的这种想法。

那么，分子结构的不对称性又是如何产生的呢？ 1874年，两位年轻的化学家范托夫和勒贝尔研究了这个问题，他们建立了一个碳原子价键的三维模型，为镜像分子的构成问题找到了答案。

在这个模型中，他们将4个价键分配在两个互相垂直的平面内，每个平面各有两个价键。

描绘这一模型的最好办法，是设想4个价键中的任意3个价键作为腿支撑着碳原子，而第4个价键则指向正上方。

如果假定碳原子位于正四面体（4个面都是正三角形的几何图形）的中心，那么，这4个价键就指向该正四面体的4个顶点。

因此，这个模型被称之为碳原子的正四面体模型。

对碳原子的三维结构模型进行推演，碳原子价键连接的4个原子或原子团，如果至少有两个是完全相同的话，那么，就只能有一种排列方式。

当然，若所连接的原子或原子团有3个或所有4个都是相同的，也是这种情形。

然而，当连接在碳键上的4个原子（或原子团）都不相同时，情况就会发生变化。

这时就能够有两种不同的排列方式——一个是另一个的镜像。

也就是说，当碳键所连接的4个原子（或原子团）都不相同时，总是得到两种不同的、互为镜像的结构。

旋光效应

旋光效应实验论文摘要：旋光效应的简单解释是：旋转透明介质具有角动量，光也具有角动量。

当光通过旋转透明介质时，可以得到部分旋转透明介质的角动量而使光的转动动能增加.。

这样我们可以理解为，具有手性碳原子的化合物其角动量才可以使光的转动动能增加，使其光轴发生旋转。

关键词：法拉第磁致旋光效应旋光仪Abstract:Rotation effect of simple explanation is: rotating transparent materials have angular momentum, angular momentum of light as well. When the light passing through a rotating transparent materials, could rotate the angular momentum and kinetic energy enables the rotation of the increase. So we can understand, with chiral carbon atom in a compound its angular momentum in order to make light of kinetic energy increases, so that it occurred on the optic axis rotation.Key word:Faraday effect magnetic rotation Polarimeter引言：一般的讲，线偏光通过透明介质后，震动方向是不改变的。

但是有些晶体火溶液可使振动方向改变，虽经过距离长短不同改变不同的角度，这种现象叫旋光。

1811年，阿拉果首次发现石英有旋光效应。

正文：石英的旋光效应（法拉第磁致旋光效应）法拉第磁致旋光效应的物理学基础，早在1854年法拉第在实验上发现当一束线偏光通过非旋光性质时，如果在介质中沿着光传播的方向加以外磁场，则光通过介质后，光振动面转过一角度，这磁场是介质产生旋光的现象称为法拉第效应或磁致旋效应。

光与物质的相互作用

光与物质的相互作用光是一种电磁波，它在物质上的作用称为光与物质的相互作用。

这种相互作用是通过光的电磁性质和物质的结构特性来实现的。

在我们日常生活中，我们经常能够观察到光与物质的相互作用的现象，如折射、反射、散射等。

这些现象都是由于光与物质之间的相互作用导致的。

折射是光通过两种介质之间的传播时的一种现象。

当光从一种介质传播到另一种介质时，它的传播速度会改变，从而导致其传播方向发生偏折。

这种偏折现象是由光在不同介质中的传播速度不同所引起的。

根据斯涅尔定律，当光从一种介质射入到另一种介质时，入射角和折射角之间有一个固定的关系。

这一关系通过折射定律来描述，即入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比。

反射是光在遇到平滑界面时发生的一种现象，即光从一个介质射入另一个介质后，返回原来的介质中。

根据反射定律，入射角和反射角相等，且入射光线、反射光线和法线在同一平面内。

这种物理现象使我们能够观察到镜子中的自己，以及光的反射形成的景象。

散射是光在遇到不规则界面或杂质时发生的一种现象。

当光通过这样的物质时，它会被散射到各个方向上。

散射的原因是光与物质中的微观粒子相互作用，这些微观粒子会改变光的方向。

我们能够看到的自然光就是经过大量散射后的结果，这使得我们能够看到周围的物体。

除了折射、反射和散射之外，光还可以通过吸收和发射来与物质发生作用。

当光射入物质后，如果被物质吸收，光的能量将被转化为物质的热能。

而当物质处于激发态时，它可以通过发射光来释放能量，这种现象称为荧光。

荧光是物质吸收光能后再次发射出来的现象，我们可以用特定的荧光染料来制作荧光笔和发光物品。

除了折射、反射、散射、吸收和发射外，光与物质的相互作用还包括干涉和衍射等现象。

干涉是光通过多个波源或光程不同的路径进行叠加后形成的干涉条纹。

这种干涉现象可以用于测量光的波长和薄膜的厚度。

衍射是光通过小孔或经过细线等物体后发生的一种现象，产生的衍射图样遵循菲涅尔衍射公式。

衍射现象使我们得以观察到日常生活中的彩虹、光的波纹等。

旋光效应实验报告

旋光效应摘要：通过旋光仪利用光的偏振特性来测量旋光物质对振动转过角度来测量了溶液的溶度。

并分析各因素对此实验的影响。

关键词：三分视场；旋光角；溶度中图分类号O432 文献标识码A一. 引言1911年，阿喇果（D. F. JArago）发现，当线偏振光通过某些透明物质时，它的振动面将会绕光的传播方向转过一定的角度。

这种现象就叫旋光效应，光的振动面转过的角度称为旋光度，使光的振动面产生旋转的物质叫做旋光物质（进一步地，迎着光的传播方向看，使光的振动面顺时针转动的物质叫右旋物质，反之则为左旋物质）。

常见的旋光物质有：石英、朱砂、酒石酸、食糖溶液、松节油等。

利用旋光仪可以测定这些物质的比重、纯度或浓度。

二. 实验原理及内容2.1 实验原理溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶液的性质、溶液浓度、样品管长度、温度及光的波长等有关。

当其它条件均固定时，旋光度与溶液浓度C呈线性关系。

如果已知待测物质浓度C和液柱长度，只要测出旋光度就可以计算出旋光率。

如果已知液柱长度为固定值，可依次改变溶液的浓度C，就可测得相应旋光度。

并作旋光度与浓度的关系直线，从直线斜率、长度及溶液浓度C，可计算出该物质的旋光率；同样，也可以测量旋光性溶液的旋光度，确定溶液的浓度C。

对于晶体一类的旋光物质，旋光度Q与光所透过的晶体厚度成正比；若为溶液，则正比于溶液在玻璃管中的长度L和溶液的浓度C：Q=αCL.（1）式中的比例系数α称为旋光率，其含义为当L=10cm, c=1g/cm3时光振动方向转过的角度（对糖溶液而言，α与入射光波长λ及温度T有关，对某些物质还与物质的浓度有关）。

实验采用钠灯作为光源，实验过程中通常温度变化很小，可以忽略。

玻璃管长度L已知，转角Q需要测量出来，这样，根据已知浓度C即可算旋光率α，再根据已知的α即可测定未知糖溶液浓度C。

2.2 实验仪器其中，起偏镜4和检偏镜7由透明的尼科耳棱镜制成；钠黄光经聚光镜3和起偏镜4后成为与尼科耳棱镜透振方向平行的线偏振光。

旋光效应的应用实验原理

旋光效应的应用实验原理1. 什么是旋光效应？旋光效应是光在穿过某些具有对称结构的物质时发生的一种现象。

当线偏振光通过这些物质时，光的偏振面会发生旋转，这种旋转称为旋光。

旋光效应在化学、物理学和光学等领域中有广泛的应用。

2. 旋光效应的原理旋光效应的原理基于光的偏振现象和物质的分子结构。

物质通常由分子或晶体组成，而这些分子或晶体的结构会影响光通过的方式。

在一些有对称性的分子或晶体中，当线偏振光通过时，电矢量会与分子或晶体的结构相互作用，导致光的偏振面发生旋转。

3. 旋光实验的设备和材料进行旋光实验需要以下设备和材料：•旋光仪：用于测量光的旋光角度的仪器，常见的有旋光仪和偏振光源一体化的装置。

•光源：提供偏振光的光源，常用的有偏振片和激光等。

•旋光样品：即含有对称结构的物质，用于观察和测量旋光效应。

4. 旋光实验的步骤旋光实验的步骤如下：1.准备实验设备和材料：确保旋光仪和光源正常工作，选择合适的旋光样品。

2.产生偏振光：将光源产生的光通过偏振片或其他方法进行偏振，以得到线偏振光。

3.调整旋光仪：根据实验需要，调整旋光仪的参数，如旋转角度和感光度等。

4.测量旋光角度：将旋光样品放置在旋光仪中，观察并记录旋光仪的读数，得到旋光角度。

5.分析实验结果：根据测得的旋光角度，分析样品的旋光性质和浓度等。

5. 旋光效应的应用旋光效应在很多领域中都有重要的应用，下面列举一些常见的应用：•化学分析：旋光效应可以用于测定化学物质的浓度、纯度和结构等。

•药物研究：旋光效应可用于检测和分析药物的光学活性和构型。

•食品工业：旋光效应可以应用于食品工业中，用于测定糖分、脂肪含量等。

•光学器件：旋光效应在光学器件中有重要的应用，例如偏光器、光栅等。

6. 旋光实验的注意事项进行旋光实验时，需要注意以下事项：•使用合适的光源和旋光仪，确保实验的准确性和可靠性。

•选择适当的旋光样品，保证其旋光效应明显可测。

•正确操作设备，并注意实验室的安全事项，保持实验环境的整洁和安全。

光与物质相互作用ppt

06
光与物质相互作用的未来发展
探索新材料
研究新的光与物质相互作用需要不断探索新的材料，发现具有新奇物理性质的材料，如拓扑材料、自旋电子材料等。
发现新物理效应
除了探索新的材料，还需要关注新的物理效应。例如，研究光与物质的相互作用可能会产生一些新的量子效应，如量子隧穿、量子相干性等。
新材料和新物理效应的探索
03
荧光现象的研究和应用涉及化学、生物学、医学和环境科学等领域。例如，荧光染料被用于生物显微镜和免疫分析中，以增强检测的灵敏度和特异性。
03
光与物质相互作用的实验技术
激光光谱学
激光光谱学是一种研究物质与光相互作用的技术，通过测量光谱线的频率、宽度和强度等参数，可以获得物质的结构、组成和状态等信息。
当光在物质中传播时，会与物质的分子或原子相互作用，使它们获得能量并改变其振动或旋转状态，从而产生散射。
拉曼散射可以提供关于物质结构、分子振动和旋转状态等重要信息。
01
当光照射某些物质时，它们会吸收光能并释放出较小的能量，产生荧光现象。
荧光现象
02
荧光现象是由于物质的分子或原子吸收光能后，电子从基态跃迁到激发态，当它们返回基态时释放出光子。
总结词
同步辐射光源具有高亮度、宽波段、高相干性和高偏振度等优点，可以用于研究物质的原子结构、分子结构、化学反应和物理过程等。通过对同步辐射光源的测量和分析，可以获得物质的结构、组成和状态等信息。
详细描述
同步辐射光源
04
光与物质相互作用的应用
激光冷却
激光可以用来冷却原子，使得原子速度降低到非常低的温度，甚至达到纳开尔文级别。这种技术可用于研究量子力学和统计物理中的特异现象。
突破经典物理限制

光与物质的相互作用

光与物质的相互作用首先，光的散射是指入射光的方向发生改变，但并不改变其能量、频率和波长。

散射现象可以由不同的粒子之间的相互作用引起，其中最常见的是光与大气中悬浮微粒（如尘埃、烟雾等）之间的散射作用。

当入射光与微粒碰撞时，根据散射粒子的大小和入射光的波长，光在球形散射波中的散射角度会有所不同。

根据散射角度的不同，可以将散射现象分为弹性散射和非弹性散射。

弹性散射是指入射光的频率和波长不发生改变，而非弹性散射则是指光的频率和波长发生改变。

接下来，光的折射是指光通过两种介质的交界面时，由于介质的光速不同而改变方向。

折射现象可以通过斯涅尔定律进行定量描述，该定律说明了折射角与入射角、两种介质的光速之间的关系。

这一现象可以通过光的波动性进行解释，根据光的波长和介质的折射率来确定光在介质中传播的速度。

光的折射也是许多光学器件和光纤通信系统中的基本原理之一此外，光的吸收是指光能量被物质吸收而转化为热能或激发物质内部的能级跃迁。

当光波碰撞到物质表面时，能量会被物质吸收，导致物质内部的电子激发、原子或分子的振动等。

这一过程可以用物质的吸收光谱来研究，吸收光谱会显示出一系列的吸收峰，每个峰对应着特定波长的光被吸收的特定能级跃迁。

在材料科学中，光的吸收是研究材料光学性质、颜色和透明度等的重要手段。

光的发射是物质对能量的释放过程，当物质受到外界能量激发时，能量激发物质内部的电子跃迁，从而导致发光现象。

这种发射光谱可以是连续的光谱，也可以是发射线谱。

连续光谱是指发射光在所有波长上都有连续分布，典型的例子是黑体辐射。

而发射线谱则是指在一些特定波长上出现明显的发射峰，这是因为特定的能级跃迁导致特定波长的光被发射出来。

最后，光与物质的相互作用还可以在更微观的层面上进行研究。

例如，当光与物质中的原子或分子相互作用时，可以产生拉曼散射现象。

拉曼散射是指入射光与物质中分子振动引起的光子能量转移到一个不同频率的光子上，其中大部分为散射光，少部分为受激拉曼散射光。

旋光性的原理

旋光性的原理旋光性是指光在通过某些物质时会发生偏振方向的旋转现象。

这种现象是由物质的分子结构和分子间相互作用引起的。

旋光性是光学中的一个重要现象，对于理解物质的性质和结构具有重要意义。

旋光性的原理可以通过两种方式来解释：分子旋光理论和电子云理论。

首先，我们来看分子旋光理论。

根据这个理论，旋光性是由于物质中的分子具有手性结构而引起的。

手性是指物质的镜像不能通过旋转和平移重合的性质。

在手性分子中，由于分子的空间结构不对称，使得光在通过物质时会发生旋转。

具体来说，当线偏振光通过手性分子时，由于分子的手性结构，光的电场矢量会在传播方向上发生旋转，从而改变光的偏振方向。

这种旋转的角度称为旋光角，用α表示。

旋光角的大小与物质的浓度、物质的分子结构以及光的波长有关。

其次，我们来看电子云理论。

根据这个理论，旋光性是由于物质中的分子或原子的电子云对光的电场产生的影响而引起的。

当光通过物质时，光的电场会与物质中的电子云相互作用。

由于电子云的分布不均匀，光的电场会受到不同方向上的电子云的影响不同，从而导致光的偏振方向发生旋转。

这种旋转的角度也称为旋光角，用α表示。

旋光角的大小与物质的分子或原子的电子云的分布情况有关。

无论是分子旋光理论还是电子云理论，都可以解释旋光性的原理。

旋光性的大小可以通过旋光角来描述，旋光角的正负表示旋光的方向，旋光角的大小表示旋光的强度。

旋光性可以通过旋光仪来测量，旋光仪是一种专门用来测量物质的旋光性的仪器。

旋光性在化学、生物、医药等领域有着广泛的应用。

在化学领域，旋光性可以用来研究物质的结构和性质。

通过测量物质的旋光性，可以确定物质的手性结构，从而帮助研究物质的立体构型和反应机理。

在生物领域，旋光性可以用来研究生物分子的结构和功能。

许多生物分子具有手性结构，通过测量生物分子的旋光性，可以了解生物分子的结构和功能，从而帮助研究生物的生理过程和疾病机理。

在医药领域，旋光性可以用来研究药物的性质和作用机制。

光与物质相互作用 ppt课件

激光原理及其应用举例
激光特点
• 亮度高 • 单色性好 • 方向性好 • 相干性高
激光原理及其应用举例
激光原理
原子发光的三种跃迁过程(方式)
E2
E2
h
h
发光前
E! 发光后吸收前
E! 吸收后
自发辐射
受激吸收
（原子的光激发）
E2
h
h h
发光前
E! 发光后
受激辐射
（光放大）
受激辐射不仅实现了光放大，而且产生的是相干光。
散射光的频率与入射光不同，这种散射光的频率为
s 0
这种散射光的波长不同于入射光的波长的散射现象称拉曼散射，相应的光谱称为拉曼光谱。
应用：
研究分子结构、化学成分的一种主要方法。
激光的出现，使拉曼光谱技术获得了新生，从而得以迅速发展。
拉曼在拉曼散射方面卓有成效的研究，使他荣获1930年诺贝尔物理学奖。他是印度，也是亚洲第一位获此殊荣的科学家。
据介质不均匀性质的起因，散射分为两类：
延德尔散射
光通过悬浮质点（或微粒）的散射，如光在胶体、乳浊液以及含有烟、雾、灰尘的大气中的散射。
分子散射
在表面看来十分纯净、均匀的液体和气体中，也能观察到较微弱的散射。这种因介质分子的密度涨落而引起的散射称为分子散射。物质处于气、液二相的临界点时，密度涨落很大，在光线照射下会的出现强烈散射，亦属分子散射。
光与物质相互作用
光和物质相互作用
组员：*** ********* 光科13**
目录
• 发光的物理研究 • 光的吸收 • 光的色散 • 光的散射 • 激光原理及其应用举例
发光的物理研究
1.发光定义、特征

旋光效应实验报告

一、实验目的1. 理解旋光效应的基本原理和现象。

2. 掌握旋光仪的使用方法，包括仪器的调整、样品的配置和数据的记录。

3. 通过实验验证旋光率与溶液浓度之间的关系。

4. 了解旋光性物质的左旋和右旋特性。

二、实验原理旋光效应是指当平面偏振光通过某些物质时，其偏振面会发生旋转的现象。

这种现象称为旋光现象。

具有旋光性的物质称为旋光性物质。

旋光现象的产生是由于旋光性物质中分子的不对称性，导致光波在通过物质时发生了旋转。

旋光率是衡量旋光性物质旋光能力的物理量，通常用符号[α] 表示。

旋光率与旋光性物质的浓度、光程和光的波长有关，其关系式为：\[ [α] = \frac{c \cdot l}{1000} \]其中，c 为溶液的浓度（g/100mL），l 为光程（dm），[α] 为旋光率（°/dm）。

三、实验仪器1. 旋光仪2. 标准旋光管3. 糖溶液4. 空白旋光管5. 秒表6. 移液管7. 烧杯四、实验步骤1. 打开旋光仪电源，预热5分钟。

2. 将标准旋光管放入旋光仪中，调整仪器至水平。

3. 调整光束强度，使屏幕上的光点清晰可见。

4. 测量空白旋光管的旋光度，记录数据。

5. 将糖溶液装入标准旋光管中，调整仪器至水平。

6. 测量糖溶液的旋光度，记录数据。

7. 改变糖溶液的浓度，重复步骤5和6，记录数据。

8. 根据实验数据，绘制旋光率与浓度的关系曲线。

五、实验结果与分析1. 空白旋光管的旋光度为0°。

2. 糖溶液的旋光度随浓度的增加而增加。

3. 根据实验数据，绘制旋光率与浓度的关系曲线，发现两者呈线性关系。

六、实验结论1. 旋光效应是由于旋光性物质中分子的不对称性引起的。

2. 旋光率与旋光性物质的浓度、光程和光的波长有关。

3. 通过实验验证了旋光率与溶液浓度之间的关系，发现两者呈线性关系。

七、实验讨论1. 在实验过程中，应注意旋光仪的调整和样品的配置，以保证实验结果的准确性。

2. 实验过程中，应避免旋光管内出现气泡，以免影响实验结果。

旋光效应光电效应

旋光效应光电效应旋光效应和光电效应都是现代物理学领域中非常重要的现象。

二者在物理性质、应用场景以及研究范畴等方面存在着显著的差异。

接下来，我将为您详细介绍旋光效应和光电效应。

1. 旋光效应旋光效应，又称作菲涅尔旋光效应，是指当光线通过一些特殊材料时，由于分子或晶体的对称性不同，导致光线偏转，甚至旋转一定角度的现象。

这种现象通常会发生在具有手性的材料中，如葡萄糖、氨基酸等有机分子，以及石英、蓝宝石等晶体中。

旋光效应的原理是手性物质与圆极化光之间的相互作用。

圆极化光可以被分为左旋和右旋两种，当它经过手性物质时，由于手性物质的分子结构不对称，会导致圆极化光在物质中的传播速度不同，从而产生旋转。

旋光效应的角度大小和材料的性质、厚度、温度、波长等有关，是一种手性物质特有的光学现象。

旋光效应的应用非常广泛，可以用来检测和分离手性混合物，例如药物中的左右旋异构体，同时还广泛应用于化学、生物、医药、食品、化妆品等领域。

2. 光电效应光电效应是指在光照射下，金属或半导体发射电子的现象。

光电效应的发现是20世纪初量子力学发展的重要里程碑之一，也是描述光与物质相互作用的基本理论。

当光子能量达到或超过半导体或金属的逸出功时，物质表面的电子就会发生电离现象，从而形成电流。

电子的震荡频率与光的频率相同，而光子的能量与电子的动能之和等于光子的能量，因此光电效应被视为光子与物质相互作用的明确证据。

光电效应在许多领域都有着重要的应用，如太阳能电池、光电探测器、放射性元素探测、电影放映等。

通过光电效应，科学家们对光子和物质的相互作用有了更深刻的理解和应用。

综上所述，旋光效应和光电效应均是物理学中非常重要的现象，各自在实验原理、应用场景、理论研究等方面具有独特的特点。

我们可以通过深入学习这些现象来更好地理解光与物质的相互作用。

8旋光效应、光与物质相互作用(1)概述

2 相干光强与, , 有关2
I / 2 I
I0 [cos2
sin 2
sin 2(
) sin 2
]
2
2
0
是通过P1后的光强
2021/5/8
DUT 常葆荣
9
P1
晶片C P2
EoEe
EoEe
I0
I1
I0 2
ZZ 同频率
d
I
I0 [cos2
sin 2
sin 2(
) sin 2
]
2
2
2
ne no kE2 （k — 克尔常数）
当
ne no
l
2
克尔盒相当于半波片——P2 透光最大
2021/5/8
DUT 常葆荣
有毒，纯度要求高
优点：驰豫时
间短。 10-8 s
高速光开关或光调制器
二次电光效应
15
二、泡克尔斯效应 (1893年) －－线性电光效应
P1
P2
E
磷酸二氢钾
为什么吸烟者吐出的烟是白色？既然人的眼睛对黄绿光
202敏1/5/感8 ，为什么危险讯号用红DU光T 常葆？荣
27
（3）拉曼散射光源
散射物质
光谱仪
3 2 1 1 2 3
1 0 紫伴线 1 0 红伴线
0——分子的固有频率。分子的固有频率不止一个，所以拉曼光谱中还有
2、 3 ； 2、 3
2021/5/8
DUT 常葆荣
8
14.5 偏振光的干涉
P1
晶片C
P2 EoEe
EoEe
I0
P2
P1
I1
I0 2

6-04电光、旋光效应

17
旋光现象的解释
旋光效应的菲涅耳解释
（1）线偏振光可以分解为两列反方向旋转的圆偏振光：两束同向传播的同频率、同振幅、且初相位相同的左旋和右旋圆偏振光的叠加结果，形成一束振动方向恒定的平面偏振光。平面偏振光在石英晶体中沿光轴方向传播时，分解成左旋和右旋圆偏振光。
（2）两束光传播速度（或折射率）略有不同
14
旋光异构体
• 同一种晶体具有不同的旋光方向，称作旋光异构体
dextro
levo
石英的旋光异构体
酒石酸晶体的旋光异构体
15
蔗糖溶液的旋光效应
• 蔗糖溶液具有旋光性，与浓度有关
= Nl
θ: 沿旋光晶体光轴方向传播的单
色平面偏振光，其偏振面相对于入射点的振动面之转角。
N: 溶液浓度。
l: 光波在溶液中的传播距离；
E
n
=
no
−
ne
=
KE2=
K
V h2
2
K：Kerr常数
c
=
2
(no
−
ne )l
=
2
K
V 2l h2
I
=
I0 2
sin 2
c
2
=
I0 2
sin
2
(
KV h2
2l
)
3
1.电光效应
Kerr效应
• 某些各向同性的物质，在外电场
x
作用下，具有双折射特性，这是
一种电光效应（Kerr electro-optic effect, or DC Kerr effect ）
6
二阶电光效应—克尔(Kerr)效应（J. Kerr, 1875）

旋光效应

旋光效应总的说来是由于手性原子产生的.分子的旋光性最早由十九世纪的Pasteur发现。

他发现酒石酸的结晶有两种相对的结晶型，成溶液时会使光向相反的方向旋转，因而定出分子有左旋与右旋的不同结构。

当普通光通过一个偏振的透镜或尼科尔棱镜时，一部分光就被挡住了，只有振动方向与棱镜晶轴平行的光才能通过。

这种只在一个平面上振动的光称为平面偏振光。

简称偏振光。

偏振光的振动面化学上习惯称为偏振面。

当平面偏振光通过手性化合物溶液后，偏振面的方向就被旋转了一个角度。

这种能使偏振面旋转的性能称为旋光性(optical activity)。

手性化合物都具有旋光性。

化合物旋光性的测定∶当平面偏振光通过盛有旋光性化合物的旋光管后，偏振面就会被旋转(向右或向左)一个角度，这时偏振光就不能通行无阻的穿过与起偏镜棱轴相平行的检偏镜。

只有检偏镜也旋转(向右或向左)相同的角度(a角度)，旋转了的平面偏振光才能完全通过。

观察检偏镜上携带的刻度盘所旋转的角度，即为该旋光性物质的旋光度。

偏振面被旋光性物质所旋转的角度叫旋光度。

用a 表示。

偏振面被旋转的方向有左旋(逆时针)和右旋(顺时针)的区别。

用符号(+)表示右旋，(-) 表示左旋。

例如：(+)-2-丁醇表示右旋；（-)-2-丁醇表示左旋。

所有旋光性化合物不是右旋，就是左旋。

19世纪后半叶，化学家们发现了一种特别奇妙的同分异构现象，后来证明，这种现象在生命化学中是极其重要的。

这一发现是，某些有机化合物对通过它们的光束具有一种奇异的不对称效应。

从普通光束的一个截面可以看出，构成该光束的无数波在所有平面呈上下、左右和斜向振动。

这类光称为非偏振光。

但是，当光束通过透明物质的晶体（如冰洲石）时，就会发生折射，使出射光变成偏振光。

这仿佛是该晶体的原子点阵只允许某些波动面通过（就像栅栏只允许行人侧身挤过，但却不能让人大摇大摆地正面穿过一样）。

有些装置，如苏格兰物理学家尼科耳于1829年发明的尼科耳棱镜，只允许光在一个平面通过。

光学术语(光学名词解释)

（共158个）1.干涉1. 等厚干涉：各相干光均以同样的角度入射于薄膜，入射角θo 不变，改变膜厚度，这时每个干涉条纹对应的是同一个厚度的光干涉的结果。

2. 临界角：光从光密媒质到光媒介质，当入射角大于一特定角度时，没有折射光而被被全部反射回光密媒质，这一特定角度称为临界角，用c θ 表示，且12n n c =θ3.光波的独立传播定律：两列光比或多列光波在空间相遇时，在交叠区里各自保持自己的振动状态独立传播，互不影响。

4.光源许可宽度：光源临界宽度的四分之一，此时干涉条纹的可见度为0.9。

5.光波叠加原理：光波在相遇点产生的合振动是各个波单独在该点产生的振动的矢量和。

6.驻波：两个频率相同，振动方向相同而传播方向相反的单色光波的叠加将形成驻波。

7.简谐波：波源是简谐振动，波所到之处介质都作同频率同振幅的简谐振动。

8.相干叠加：满足干涉条件波相遇，总振幅是各个波振幅的和。

9.光波的相干条件; 频率相同；存在相互平行的振动分量；出相位差稳定。

10.发光强度：表征辐射体在空间某个方向上的发光状态，体现某一方向上单位立体角内的辐射光通量的大小单位：次德拉。

11.分波面干涉;将点光源发出的光波波面分成若干个子波面，形成若干个点光源发出的多束相干光波。

12. 分振幅干涉：将一束光波的振幅（能量）分成若干部分，形成若干束相干光波。

13.14.空间相干性：在给定宽度的单色线光源（或面光源）照明的空间中，随着两个横向分布的次波源间距的变化，其相干程度也随之变化，这种现象称为两个横向分布次波源的空间相干性。

15.时间相干性：在非单色点光源照射的光波场中，随着两个纵向分布的次波之间距离或光程差的变化，其相干程度也随之变化，这种现象称为两个纵向分布次波源的时间相干性。

16.牛顿环：曲率半径很大的平凸透镜与玻璃平板之间的薄空气层形成的同心环形等厚条纹。

2几何光学1.1球面镜成像1. 费马原理：光沿光程取平稳值的路径传播。

旋光现象

8-5 旋光现象
一旋光现象偏振光通过某些物质后，旋光现象偏振光通过某些物质后，其振动面一定的角度. 将以光的传播方向为轴线转过一定的角度能产生旋光现象的物质（旋光物质能产生旋光现象的物质.（如石英晶体、糖溶液、酒石酸溶液等）晶体、糖溶液、酒石酸溶液等）旋光仪观察偏振光振动面旋转的仪器. 观察偏振光振动面旋转的仪器
（
λ 一定）
L A
l
B
α
C 为旋光物质的浓度 l 为旋光物质的透光长度
为一与旋光物质有关的常量
对于固体旋光物质对于固体旋光物质固体
α 为一与旋光物质及入射光的波长有关的有关的常量
a = αC
ψ = αCl
8-5 旋光现象
二旋光物质的分类
1）右旋物质面对着光源观察，使光振动）面对着光源观察，面的旋转为顺时针的旋光物质.（如葡萄糖溶液）面的旋转为顺时针的旋光物质（如葡萄糖溶液）
L A
l
B
A: B: L:
起偏器，起偏器，检偏器，检偏器，盛有液体旋光物质的管子. 物质的管子
8-5 旋光现象
旋光现象一、物质的旋光性：物质的旋光性： 1811年实验物理学家阿喇果发现， 1811年实验物理学家阿喇果发现，年实验物理学家阿喇果发现线偏振光通过某些透明物质时，线偏振光通过某些透明物质时，其偏振面将旋转一定的角度。其偏振面将旋转一定的角度。
8-5 旋光现象
天然的蔗糖(C 分子, 天然的蔗糖(C12H22O11)分子,不论是从甘蔗来还是从甜菜来,都是右旋的。来还是从甜菜来,都是右旋的。左旋, 生物体对左旋,右旋的物质能够识别并能作出选择。作出选择。而正好人体所需要的葡萄糖, 而正好人体所需要的葡萄糖, 其分子也是右旋的。其分子也是右旋的。天然氯霉素药能治病,它是左旋的。天然氯霉素药能治病,它是左旋的。而人工合成的氯霉素是左旋,右旋各一半, 而人工合成的氯霉素是左旋,右旋各一半, 只有一半有疗效,所以, 只有一半有疗效,所以,它的价格只是天然氯霉素的一半。天然氯霉素的一半。