112年:視覺光學

下列何者不是瑞利散射之敘述?

A散射光與光波長有關
B造成天空為藍色的原因
C散射光具有獨特的方向性
D散射體較光波長為短時容易產生

詳細解析

本題觀念:

本題考查瑞利散射(Rayleigh scattering)的基本特性。本題為反向題(「何者不是」),考查哪個敘述不符合瑞利散射的正確描述。

選項分析

(A) 散射光與光波長有關 ✅(正確陳述) 瑞利散射強度與波長的四次方成反比,即散射強度 1λ4\propto \frac{1}{\lambda^4}。波長越短(如藍光約 400 nm),散射越強;波長越長(如紅光約 700 nm),散射越弱。散射光的強度與波長密切相關,此陳述正確。

(B) 造成天空為藍色的原因 ✅(正確陳述) 瑞利散射的波長依賴性解釋了天空為藍色的現象:太陽光穿過大氣層時,短波長的藍光(~450 nm)被空氣分子(N2\text{N}_2O2\text{O}_2)散射的程度約是紅光的 9 倍,散射的藍光來自各方向進入眼睛,使天空呈現藍色。此陳述正確。

(C) 散射光具有獨特的方向性 ❌(錯誤陳述,即答案) 這是本題正確答案。瑞利散射是各向散射(非方向性),散射光往各個方向均有分佈,並無「獨特的方向性」。準確地說,瑞利散射具有特定的角度分佈(角散射函數):在前向(0°)和後向(180°)散射稍強,在側向(90°)散射稍弱——但這並不是「獨特的方向性」,而是無特定方向偏好的全方向散射。此外,散射光在某角度(約 90°)具有偏振性,但這是偏

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