2022-2023学年高二物理竞赛课件：光在金属表面的透射和反射

光在金属表面的透射和反射 一、光的吸收 无论是在金属中或是在电介质中，光波在传播过程中都会出现能量的损耗，这种损耗中的一部分缘于吸收。在金属中，入射光波的电场使得金属中的自由电子运动，形成的电流在金属中产生热，因而消耗了能量；介质中，包括一些看来透明的介质中，入射光波的电场使介质中的束缚电子振动，发出次波和产生热，也消耗了能量，这些都是形成吸收的原因。 为描述介质中的吸收，引入复折射率 介质中沿z轴传播的平面波的波函数为 2 光的吸收、色散和散射 光在金属表面的透射和反射 2 1、重新解释散度、旋度的物理意义和麦克斯韦方程； 2、复习全反射和倏逝波的概念 这个公式被称为吸收定律，它表明：介质中光波的强度随在介质中传播距离的增大以指数规律衰减，衰减速度取决于吸收系数。 吸收系数决定于物质特性，不同的物质对同一波长的光波有不同的吸收系数，同一物质对不同波长的光波也有不同的吸收系数。光学上将吸收系数较小的情况称为一般吸收，将吸收系数很大的情况称为选择吸收。当介质对某光波表现为一般吸收时，光学上称之 为“透明”；当介质对某光波表现为选择吸收时，称之为“不透明”，意思是基本上无光能透过。 4 光的色散 光在某种介质中传播时，不同波长的光波有着不同的传播速度，因而具有不同的折射率 --- 光的色散现象。 5 课堂作业：白光垂直入射到直角棱镜后分光情况。 5 介质均匀，但是光学性质的不均匀，均匀物质中散布着折射率与它不同的大量微粒，例如：牛奶、尘埃、烟、雾、乳状液、毛玻璃等。 光的散射 光通过某些介质时，在偏离正常传播方向上有光出射的现象称为散射。散射是光与物质的相互作用所致。光射入介质时，介质中的电子将作受迫振动，发出次波。如果介质不均匀，入射光所激发的次波的振幅不完全相同，彼此还存在位相差 ，导致次波相干叠加后除了在反射、折射方向有光传播之外，在其他方向上叠加未能达到干涉相消，故也有光传播，形成了散射。 6 散射类型 （1）线性散射：瑞利(Rayleigh)散射和米氏(Mie)散射 瑞利定律:散射光中各种波长的能量分布不均匀，短波占有明显优势，即有 的关系成立。 晴朗的天空呈浅蓝色，清晨日出或傍晚日落时，太阳呈红色 应用： 红光散射弱、穿透力强 信号旗、信号灯→红外线 7 8 米氏散射：当d10时，散射光强几乎与波长无关 （2）非线性散射：喇曼散射（光波）和布里渊散射（声波） 研究物质分子结构、分子和分子动力学的重要方法 瑞利散射和米氏散射 Is a/l 米氏区 瑞利区 2 4 6 10 8 0 9 两个或多个光波在空间相遇时产生光的叠加。任意光波之间的叠加结果很复杂，这里仅限于讨论频率相同或频率差很小的单色光波的叠加问题，而实际光波可以理解为一组由余弦函数表示的单色波的合成。 波的叠加原理：几个光波在空间一点相遇时，相遇点处的合振动是各个波单独产生的振动的矢量和。即各个波独立地产生作用，不会因为其他波的存在而受到影响，保持自身原有的波动特性。 以下分别讨论三种不同情形的单色光波的叠加，以最简单的两光波的叠加为例。 第二章 光波的叠加与分析 10 这是光波叠加中最重要的内容，我们采用三种不同的数学方法来讨论。 一、代数加法 参见右图： 两个频率相同、振动方 向相同的单色光波分别 由光源s1、s2发出，经过 一段传播路程后在P点相 遇，产生叠加，s1到P点 的距离为r1，s2点到P点的 距离为r2。 s1 s2 r1 r2 y P §2-1 两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加 11 两光波在P点的振动可用波函数表示为 12 $