瑞利散射和米氏散射现象的实验演示

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8_拉曼散射光谱课件20091104

8_拉曼散射光谱课件20091104

弹性散射 散射分类: 散射分类:
散射光频率与入射光相同 不进行能量交换,只改变传播方向 不进行能量交换,
瑞利散射、 瑞利散射、米氏散射
非弹性散射 二者交换能量,传播方向发生改变 二者交换能量, 布里渊散射、 布里渊散射、拉曼散射
散射光频率发生变化
瑞利散射: 瑞利散射:
微粒的线度小于入射光的波长发生的散射
拉曼散射光强弱,是入射光强度的10-6 拉曼散射光强弱,是入射光强度的 拉曼散射光频率有大于、小于入射光频率成分。 拉曼散射光频率有大于、小于入射光频率成分。
1923年A.G.S.斯梅卡尔指出,在光的散射过程中 如果分子 年 斯梅卡尔指出, 斯梅卡尔指出 在光的散射过程中,如果分子 的状态也发生改变,则入射光与分子交换能量的结果可导致 的状态也发生改变 则入射光与分子交换能量的结果可导致 散射光的频率发生改变。 散射光的频率发生改变。
r r P = αE
α
为分子极化率,一般是各向异性的 是原子坐标函数。 为分子极化率,一般是各向异性的,是原子坐标函数。 各向异性 也称介电张量
一般介电张量表示形式为: 一般介电张量表示形式为: 电偶极矩可表示为: 电偶极矩可表示为:
a xx α = a yx a zx
a xy a yy a zy
弹性碰撞
光子与分子相互作用时,发生两种碰撞 光子与分子相互作用时,发生两种碰撞:
弹性碰撞: 弹性碰撞:
光子与分子之间不发生能量交换, 光子与分子之间不发生能量交换,光子 仅仅改变其运动方向, 仅仅改变其运动方向,频率不发生变化
非弹性碰撞 瑞利散射 米氏散射
非弹性碰撞
光子不仅改变其运动方向, 光子不仅改变其运动方向,光子与分子之 间发生能量交换, 间发生能量交换,频率发生变化

第六章光的色散吸收散射瑞利散射米氏散射光偏振性

第六章光的色散吸收散射瑞利散射米氏散射光偏振性

米氏散射和瑞利散射的规律不同,它产生的散射与波长的 关系不大,几乎所有波长的光都含有,所以看起来是白色光。 也是是否看到蓝天白云的根本原因。也是人工降雨的理论基础。
8
黄山风景山中的雾气实际上是悬浮在空气中的小液滴,是 一种很理想的散射源。由于液滴的尺寸比光波波长大得多,主 要是米氏散射,散射光呈白色。
10
一幢大楼晚上楼顶上的几束强光刺破夜空,能看到这几 道光束,就是散射的作用。如果城市上空的空气不干净,悬 浮尘埃越多,散射就越强,光束就会显得很亮。反之,光束 就会显得很淡。如果晚上基本上看不到这几道光束了,也许 白天城市就会有蓝色的天空了。 思考:如果没有空气,天空又会是什么样的呢?
11
4 散射光的偏振性
4
3 瑞利散射
把线度小于光的波长的微粒对入射光的散射, 称为瑞利散射(Rayleigh scattering)。 瑞利散射不改变原入射光的频率。 1 I散 4
瑞利散射时,由于蓝光波长较短,其散射强度就比波长 较长的红光强,因此散射光中蓝光的成份较多。
5
注意画面上的香火形成的烟雾呈现出一种浅蓝色这是由于 组成烟雾的碳粒子线度非常小,由这些烟雾产生的散射光符合 瑞利散射的条件,因此散射光中的蓝光成份比红光成份强得多。 我们平时所说的“袅袅青烟。”说是就是这种瑞利散射所产生 的现象。
§6.3 光的散射 问:天空为什么是蓝的?旭日和夕阳为什么是红 的,而中午的太阳看起来又是白的?云为什么是 白的?如果没有空气,天空又会是什么样的呢?
1 光的散射现象
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,则从各个方向都 可以看到光,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。

《光的散射》课件

《光的散射》课件
非对称散射
当介质中微小颗粒的直径远大于光的波长时,发生的散射称为非对称散射。其特点是散射强度主 要集中在某个方向上,因此会产生定向的光束。
光的散射的应用
1 2
3
天空的颜色
通过瑞利散射作用,我们能够解释天空为什么是蓝色的。这 是因为大气中的小颗粒对蓝光的散射作用强于对红光的散射 作用。
雾的形成
当大气中的水蒸气分子数量增多时,会产生米氏散射,导致 视线模糊,形成雾。
光学仪器
非对称散射在光学仪器中有重要应用,如望远镜和显微镜中 的聚光镜等,通过非对称散射来控制光束的方向和形状。
02
光的散射理论
米氏-摩雷森散射理论
总结词
米氏-摩雷森散射理论是描述光在大气中散射的物理模型,它 基于分子散射的假设,认为散射强度与波长的四次方成反比 。
详细描述
米氏-摩雷森散射理论认为,光在气体或液体中的散射主要是 由气体或液体分子引起的。这些分子会吸收和再辐射光能, 导致光的散射。根据该理论,散射强度与波长的四次方成反 比,即波长较长的光更容易被散射。
光。
几何光学散射理论
总结词
几何光学散射理论是基于几何光学的物理模型,它主要关注散射表面的几何形状和光学性质对散射的影响。
详细描述
几何光学散射理论认为,散射表面的几何形状和光学性质对光的散射有重要影响。该理论通过使用反射和折射定 律来描述光的散射行为,特别适用于描述粗糙表面和不规则颗粒的散射。在几何光学散射理论中,散射光的方向 和强度取决于入射光的角度、散射表面的几何形状以及介质的折射率。
准备实验器材:光源、光屏、测 量尺、不同颜色的滤光片、待测 介质(如牛奶、蒸馏水等)。
04
光的散射的应用
天空颜色的解释
总结词:科学解释

什么是散射?

什么是散射?

思考:为什么蓝天中漂浮着“白”云?
白云是大气中的 水滴组成的,因为这 些水滴的半径与可见 光的波长相比已不算 太小了,瑞利定律不 再适用,按米-德拜 的理论,这样大小的 物质产生的散射与波 长的关系不大,这就 是云雾呈白色的缘故。
拉曼散射
在X射线的康普顿效应发现以后,海森
堡曾于1925年预言:可见光也会有类似的 效应。 1928年,拉曼在《一种新的辐射》一文中 指出:当单色光定向地通过透明物质时,会有
康普顿散射
物质对X射线的散射又称康普顿效应。 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。 康普顿 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。
康普顿实验装置示意图

石墨的康普顿效应
米氏散射
米氏散射理论: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 ∝ 1 N

散射光强的角分布不再称对称分 布。 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。
瑞利散射与米氏散射
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。
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。
几种主要的散射
瑞利散射
康普顿散射
米氏散射
拉曼散射
瑞利散射(Rayleigh scattering)

瑞利散射和米氏散射的主要差异-概述说明以及解释

瑞利散射和米氏散射的主要差异-概述说明以及解释

瑞利散射和米氏散射的主要差异-概述说明以及解释1.引言文章1.1 概述散射是指当电磁波或粒子经过介质或粒子时,由于与介质或粒子的相互作用而改变传播方向或路径的现象。

在散射现象中,两种主要类型是瑞利散射和米氏散射。

瑞利散射和米氏散射在物理特性和应用方面存在一些显著的差异。

首先,瑞利散射是一种针对小尺寸颗粒或分子的散射现象。

当入射波的波长远大于颗粒或分子的尺寸时,瑞利散射发生。

这种散射主要由分子或小颗粒的碰撞所引起,导致入射波在所有方向上均匀地散射。

相比之下,米氏散射则是指入射波与中等尺寸颗粒相互作用的散射现象。

当入射波的波长与颗粒尺寸相当时,米氏散射发生。

米氏散射会引起入射波在特定方向上的增强或衰减,形成明显的散射模式。

其次,瑞利散射和米氏散射的特点也有所不同。

瑞利散射的强度与波长的四次方成反比,这意味着较短波长的入射波会更容易产生强烈的瑞利散射。

而米氏散射的强度与波长的平方成反比,这使得较长波长的入射波更容易产生强烈的米氏散射。

此外,瑞利散射和米氏散射对入射波的偏振状态也有不同的响应。

瑞利散射不会改变入射波的偏振状态,而米氏散射会导致入射波的偏振发生改变。

最后,散射现象在许多领域中具有重要的应用和意义。

瑞利散射和米氏散射的差异在遥感、气候研究、大气科学、通信技术等领域中都有广泛的应用。

通过研究和理解散射现象的特点和行为,科学家和工程师能够利用散射现象来获取关于颗粒尺寸、成分、分布等信息,从而推动相关领域的研究和发展。

总之,瑞利散射和米氏散射是两种不同类型的散射现象,它们在物理特性和应用方面存在显著的差异。

深入了解和研究这些差异,对于我们理解和应用散射现象具有重要的意义。

1.2 文章结构文章结构的主要内容如下:本文主要分为三大部分:引言、正文和结论。

在引言部分,我们将对瑞利散射和米氏散射进行概述,介绍它们的背景和特点,并明确本文的目的。

接下来,在正文部分,我们将详细探讨瑞利散射和米氏散射。

首先,我们将介绍瑞利散射的背景和特点,包括其产生机制和物理原理。

光学实验初中物理实验中的光的传播与成像原理 (2)

光学实验初中物理实验中的光的传播与成像原理 (2)
光的折射现象:光在两种不同介质中传播时发生的方向改变
折射率:介质对光的折射能力不同,导致光在不同介质中传播速度不同
光的反射现象:光在两种物质分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象。
光的反射定律:反射光线与入射光线、法线在同一平面上;反射光线和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角。
镜面反射:反射面平滑,光平行反射。
干涉原理:两束或多束相干光波在空间某一点叠加,产生加强或减弱的现象
衍射原理:光波在传播过程中遇到障碍物时,会绕过障碍物继续传播的现象
眼镜:矫正视力,保护眼睛
望远镜:观测天体、观看演出等
显微镜:观察微观世界,如细胞、细菌等
摄影镜头:拍摄美丽的照片和视频
望远镜:观测天体,研究宇宙
显微镜:观察微小物体,进行细胞学研究
初中物理实验中的光学实验实来自目的:探究光在同种均匀介质中的传播路径
实验器材:激光笔、水、牛奶、透明玻璃缸
实验步骤:将水倒入玻璃缸中,滴入几滴牛奶搅拌均匀;用激光笔斜射入水中,观察光的传播路径;将玻璃缸慢慢倾斜,观察光是否沿直线传播。
实验结论:光在同种均匀介质中沿直线传播,遇到不同介质时会发生折射现象。
光学雷达:测量距离、速度和地形地貌
光学传感器:检测气体、液体和固体物质
模块化:将光学系统拆分为多个模块,便于升级和维护。
微型化:随着微纳加工技术的进步,光学仪器的尺寸越来越小,性能更高。
智能化:集成传感器、处理器和算法,实现自动调整、远程控制等功能。
网络化:通过物联网技术实现远程监控和控制,提高使用效率。
单击此处添加标题
光的折射现象:光从一种介质进入另一种介质时,传播方向发生改变
折射成像原理:光通过折射面发生折射,形成虚像或实像

光散射

光散射

2. 特征
通常,纯净介质中由于分子热运动产生的密度起伏所 引起折射率不均匀区域的线度比可见光波长小得多,所以 分子散射中,散射光强与散射角的关系与瑞利散射相同。 例如,理想气体对自然光的分子散射光强为
2π (n 1) 2 I ( ) I i (1 cos ) 2 4 r N 0
如果如图 6-16(a) 所示,当用单色性较高的准单色光源
照射某种气体、液体或透明晶体,在入射光的垂直方向上用 光谱仪摄取散射光,就会观察到喇曼散射。
观察喇曼散射的实验装置示意图
2. 特征
① 在每一条原始的入射光谱线旁边都伴有散射线,长波 长方向的散射线称为红伴线或斯托克斯线,短波长方向上的
散射线称为紫伴线或反斯托克斯线,它们和原始光的频率差
② 这些频率差与入射光波长无关,只与散射介质有关。
③ 每种散射介质有它自己的一套频率差 1=0 1,
2=0 2,3=0 3, ,其中有些和红外吸收的频率 相等,它们表征了散射介质的分子振动频率。
从经典电磁理论的观点看,分子在光的作用下发生极 化,极化率的大小因分子热运动产生变化,引起介质折射 率的起伏,使光学均匀性受到破坏,从而产生光的散射。 由于散射光的频率是入射光频率0 和分子振动固有频 设入射光电场为 E =E0cos(20t ) P = 0 E
④ 当散射粒子线度与光波长相近时,散射光强度对于光矢 量振动平面的对称性被破坏,随着悬浮微粒线度的增大,沿 入射光方向的散射光强将大于逆入射光方向的散射光强。 微粒线度约为 1/4 波长时,散射光强角分布如图(a)示, 此时I()在 = 0和 = 处的差别尚不很明显。当微粒线度
继续增大时,在 = 0方向的散射光强明显占优势,并产生一
,所以散射光的频率也有三种。 频率为0 的谱线为瑞利散射线;

夕阳原理实验

夕阳原理实验

夕阳原理实验夕阳形成原理:阳光进入大气时,波长较长的色光,如红光,透射力大,能透过大气射向地面;而波长短的紫、蓝、青色光,碰到大气分子、冰晶、水滴等时,就很容易发生散射现象。

被散射了的紫、蓝、青色光布满天空,就使天空呈现出一片蔚蓝了。

太阳是斜着入射大气层的,这样,他们要穿透大气层所用的距离就要比中午要长很多,其中红光穿透性最强,其他光由于散射和大气吸收等作用都弱了,所以会形成红色的夕阳。

夕阳现象实验:我们以瑞利散射和米氏(Mie)散射为理论基础,采用硫代硫酸钠和硫酸反应的方法来演示“落日”现象。

本实验可以实现在实验室对落日现象的重现,并且可以很明显的观察到光的偏振现象。

首先,我们采用投影幻灯机投影的方式观察实验现象,进行了下面的实验:1)配制浓度为0.1mol/L的硫代硫酸钠溶液和浓度为0.1mol/L 的硫酸溶液;2)取一个容积为500ml的空烧杯放在投影仪上,打开投影仪电源。

取配制好的硫代硫酸钠溶液100ml倒入该烧杯中,然后加入配制好的硫酸溶液200ml;3)加入100ml的去离子水,搅拌均匀硫代硫酸钠和硫酸的反应方程式如下:Na2S2O3,+H2SO3,=Na2SO4+SO2↑+H2O+S↓通过调节硫代硫酸钠溶液和硫酸溶液的比例可以控制反应速率,进而控制实验速率。

通过多次实验验证,硫代硫酸钠溶液、硫酸溶液和水溶液的比例为1:2:1时,所发生的化学反应的速率适中,实验现象明显且易于观察记录。

随着硫代硫酸钠和硫酸的反应的进行,可以看到:烧杯中溶液的颜色由无色逐渐变为蓝色,最后变为白色。

对应的投影图像的颜色的变化过程为:白色—黄色—橘黄色—红色—黯红色—黑色。

虽然实验现象非常明显,而且装置简单,演示方便。

但是,由于光源不是平行光源,所以不能明显的观察到偏振现象的存在。

在此基础上,我们又进行了另外的实验,实验装置如图一所示。

如图一所示,点光源发出的白光通过透镜变为平行光源,照射到透明容器并投影到白色墙壁上。

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3 散射 光 强依 空 间方位 呈 哑铃 形角 分布 .设 ) 入 射光 是 自然光 , 则在 与入 射光 方 向呈 角 ( 习惯 上 称 为散射 角 ) 的方 向上 , 射光 强为 散
J 一 J ( + C S ) , () 1 O () 1
年来 , 些学 者对 于 光 散 射现 象 进 行 了 各种 实 验 一
光 学性质 的不 均匀 可能是 由于均匀 物质 中散 布着其他 物质 的大 量微 粒 , 可 能 是 由 物 质本 身 也
以直 观地 演示 瑞 利散 射 和 米 氏散射 , 研 究 和 分 并
析瑞 利散射 时 光 的偏 振 特 性 ; 可 以通 过 该 实验 也 解释 蓝天 、 白云 以及 日出 日落 与 正 午 时天 空 呈 现 不 同颜 色 等 自然 现象 , 具有 实验 装置 简单 , 物理现
1 引 言
光 的散 射是 一种重 要 的物 理 现象.在 光 学性
应, 产生 线度小 于 可见光 波 长硫分 子 ; 用硫 分子 利 的凝 聚 , 生线 度 接 近 或 大 于与 可 见 光 波长 相 近 产 的颗 粒 .在 上 述过 程 中通 过 白光 照 射 反 应 液 , 可
象 明显 , 作方 便等 特点 , 操 非常适 合作 为物 理课 堂 演 示 实验.
2 实验 原 理
2 瑞利 散射 和米 氏散射 .
的组成 部分 ( 粒子 ) 的不 规 则 聚 集所 造 成 , 如 尘 例 埃 、 、 、 浮液 、 烟 雾 悬 乳状 液 以及 毛玻 璃等 .由于 这 些微 粒 的线 度 一 般 小 于 或 近 似 等 于 入 射 光 的 波 长, 而它们 相互 之间 的距离 比波 长大 , 且排 列得毫 无规 则 , 因此 , 在光作 用下 的振 动彼此 间就 没有 固 定 的相位关 系 , 任何 观 察 点 所看 到 的总 是 它们 在
收 稿 日期 :0 90 - 5 2 0 -8 2
资 助 项 目 : 京 市 高 等 学 校 教 育 教 学 改 革 立 项 项 目 (0 8 北 20 ) 作者简介 : 王 峥 (9 3 , , 18 一) 女 山东 I 人 , 京 航 空 航 天 大 学 中 法 工 程 师 学 院 实 验 师 , 士 , 要 从 事 物 理 实 验 教 学 临沂 北 硕 主 与研究工作.
同. 2 散射 光 强 度 与 波 长 四次 方 成 反 比 , I c ) 即 o
1 |. /L =
从 而 形 成 了散 射 光.由 微粒 引 起 的 散 射 , 其特 征
与微粒 的线 度有关 , 中 , 其 线度 小 于光波 长 的微粒 对 入射光 的散 射 , 为瑞 利散 射 ; 度接 近或 大于 称 线 光 波 长 的微 粒 对 入射 光 的散 射 , 米 氏 散射 .近 为
所发 出的次 级辐 射 的不相 干叠加 , 到处 不会 相消 ,
瑞 利散射 适 用 于孤 立 原 子 或分 子 的散 射 , 也 适用 于纯 净介 质 的密度起 伏 导致 的散射 .瑞利 散 射具 有 以下 4 特 征[ : 个 4 ] 1 波 长不 变 , ) 即散 射光 波 长 与入 射 光 波长 相
研 究 ] .
其 中 j 为垂 直 于入 射 光 即 =n 2方 向 的散 射 / 光强, 散射 光 强分 布如 图 1 示. 所
本实 验利 用 硫 代 硫 酸 钠 和稀 盐 酸 的 化 学 反
“ 国高 等 学 校 第 9届 物 理 演 示 实 验 教 学 研 讨 会 ” 文 全 论
反 应 的进 行 , 多个 硫 分 子 聚结 形 成 较 大颗 粒 , 直 径 接 近 并 逐 渐 大 于 可 见 光 波 长 .在 上 述 反 应 过 程 中 , 用 白 光 照 射 溶 其 利 液 , 以分 别 观察 到瑞 利 散 射 和 米 氏散 射 现 象 , 在 文 中 研 究 和 分 析 瑞 利 散 射 时 光 的 偏 振 特 性 . 可 并 关 键 词 : 代 硫 酸 钠 ; 盐 酸 ; 利 散 射 ; 氏 散射 ; 振 硫 稀 瑞 米 偏 中 图 分 类 号 : 3 . 046 2 文献标识码 : A 文 章 编 号 :0 54 4 ( 0 0 0—0 70 10 —62 2 1 )70 2—3
( 北京航 空航 天 大 学 a 中法工程 师 学院 ; . 理科 学与 核 能工程 学 院, 京 1 0 9 ) . b物 北 0 1 1
摘 要 : 代 硫 酸 钠 与 稀 盐 酸 反 应 时 , 在 溶 液 中 缓 慢 产 生 不 溶 于 水 的 固 态 硫 分 子 , 直 径 小 于 可 见 光 的 波 长 ; 着 硫 会 其 随
2 8




第 3 卷 O
5 0mL和 2 5mL的量 筒各 1 、5 个 、0mL的烧杯 2
l o

个、 玻璃 棒 1支 、 白屏 1个 ; . lL的硫 代 硫 0 1mo/ 酸钠溶液 、. lL的稀 盐 酸适 量 , 验 装置 如 0 1mo/ 实
质均 匀 的介 质 中或 2 折射 率不 同的均匀 介质 的 种 界面 上 , 无论 光 的 直射 、 射 或 折射 , 仅 限 于在 反 都 给定 的一些 方 向上 , 在其余 方 向光强 则等 于零 , 而 因此 沿光束 的侧 向进行 观 察 就 难 以 观察 到光 , 但 当光束 通过 光学 性 质 不均 匀 的物 质 时 , 侧 向却 从 可 以看 到光 , 这个 现象 就是光 的散 射[ . 1 ]
第3 0卷 第 7 期
21 0 0年 7月




Vo . 0 13
NO 7 .
PH YSI CS EXPER I EN T A TI N M o
J 1 2 1 u ., 0 0
瑞 利 散射 和 米 氏散射 现 象 的 实 验演 示
王 峥 徐 , 平 , 文 文 J Ta ue u 王 ,. b ta
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