Приборы и принадлежности: полярископ, микроамперметр.
Цель работы: изучение явления поляризации и свойств поляризованного света.
С точки зрения волновой теории, свет – это электромагнитная волна, которая характеризуется колебаниями двух векторов: вектора электрической напряжённости Е и вектора магнитной индукции В.
Оба вектора колеблятся во взаимно-перпендикулярных плоскостях.
Вектор скорости распространения волны V перпендикулярен векторам Е и В. Таким образом, три вектора: Е, В и скорость распространения волнового фронта взаимно-перпендикулярны и составляют правовинтовую систему, т.е. электромагнитная волна поперечна. Плоскость, проходящая через вектор электрического поля Е и вектор скорости V, называется плоскостью поляризации.
Естественный свет представляет собой волны с большим количеством возможных ориентаций векторов Е и, соответственно, векторов В. Этот свет является не поляризованным.
Если при распространении света плоскость поляризации сохраняет свою ориентацию в пространстве, свет называют линейно - или плоско-поляризованным.
Частично поляризованный свет характеризуется тем, что одно из направлений колебаний сказывается преимущественным.
Поляризация света достигается с помощью поляроидов, которые выделяют из всех возможных направлений колебаний пар векторов Е и В в естественном свете одно вполне определенное направление гасит все остальное.
Для получения поляризованного света используются различные явления:
1.Отражения от поверхности диэлектриков.
2.Двойное лучепреломление.
Наиболее распространенный способ поляризации света основан на использовании явления двойного лучепреломления, т.е.пропускания света через анизотропную среду (например, через прозрачные кристаллы, полимерные плёнки).
При двойном лучепреломлении световой луч разделяется на два луча одинаковой интенсивности, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях и имеющих разную скорость распространения и соответственно разный показатель преломления.
Скорость одного луча, называемого “обыкновенным” не зависит от направления распространения в среде, а второго “необыкновенного” различна в разных направлениях.
Примером устройства, которое поляризует свет, может служить призма Николя, которая представляет собой призму из исландского шпата, вырезанную определённым образом и склеенной канадским бальзамом, показатель преломления которого =1,55 и лежит между значениями для обыкновенного и необыкновенного лучей преломления.
M
С С
М
С
N
Луч естественного света в точке “C” разделяется на обыкновенный и необыкновенный.
ОО’ – оптическая ось кристалла, т.е. направление, в котором скорости обыкновенного и необыкновенного лучей равны, и двойное лучепреломление отсутствует.
Обыкновенный луч претерпевает на прослойке полное внутреннее отражение и поглощается зачернённой нижней поверхностью.
Необыкновенный луч выходит из кристалла линейно поляризованным. Если расположить последовательно две поляризующие призмы и направить на них естественный свет, то правая призма будет служить поляризатором, а вторая – анализатором.
Интенсивность света, выходящего из анализатора, максимальна, когда главные плоскости анализатора и поляризатора параллельны.
Если главные плоскости анализатора и поляризатора взаимно перпендикулярны (анализатор и поляризатор скрещены), то свет через систему не проходит вообще.
Если угол между плоскостями a анализатора и поляризатора, то интенсивность луча, прошедшего через поляризатор и анализатор, будет определяться по закону Малю:
,
где I0 - интенсивность естественного падающего на поляризатор света.
Если линейно – поляризованный свет пропустить через пластину, получается световая волна, концы векторов Е и Н которой описывают эллипсы. Такой свет называется эллиптически – поляризованным.
Если толщина пластины такова, что разность хода двух волн составляет четверть длины световой волны (пластина l/4), то получается эллипс.
При толщине пластинки l/2 эллипс вырождается в прямую.
При толщине пластинки l эллипс вырождается в прямую, луч остаётся линейно - поляризованным без изменения направления колебаний.
Для выполнения работы используется установка, схема которой приведена на рис.8.
О
П А
 |
|||||
 |
|||||
 |
|||||
б
 |
|||||||||
 |
|||||||||
 |
|||||||||
 |
 |
||||||||
 |
|||||||||
4
а
В
Рисунок 8
Полярископ с поляризатором П, анализатором А и осветителем О.
Установка представляет собой:
а - полярископ, в состав которого входит поляризатор П, находящийся в одном корпусе с осветителем и анализатором А
б - фотоэлемент с запирающим слоем Ф.Э.
В - микроамперметр.
Полярископ установлен неподвижно, а анализатор может вращаться. Отсвет угла поворота анализатора проводится по лимбу. Цена деления лимба 2-10. Интенсивность света, прошедшего через поляроиды, пропорциональна показателям микроамперметра.
1.Включите полярископ в сеть.
2.Поставьте сектор с чувствительными пластинками на “0” (это положение соответствует отсутствию чувствительных пластинок на пути луча).
3.Проверьте, выведен ли зелёный светофильтр. Обруч “2” должен быть повёрнут по часовой стрелке до упора.
4.Поворачивая обруч “I”, установите анализатор так, чтобы угол между главными плоскостями анализатора и поляризатора был равен 0 (“0” шкалы лимба в этом случае находится против риски с отметкой “0”).
5.Вращая анализатор, через каждые 10°, фиксируйте показания микроамперметра, и результаты измерений заносите в таблицу 3.
6.Отметьте в таблице, при каких углах поворота анализатора достигается максимальное значение интенсивности света и при каких минимальное.
7.На графике постройте зависимость Jф=¦ (соs 2a) для углов от 0 0 до 90 0.
8.На этом же графике постройте теоретическую зависимость JТЕОР.=¦(соs 2a), рассчитанную по закону Малю:
J=J0 соs2a,
где J0 – интенсивность падающего луча на анализатор луча, пропорциональна максимальному значению выходящего из анализатора.
Таблица 3
|
№ |
a, град. |
Jф, мка |
|
1 2 3 … 37 |
0 10 20 … 360 |
Контрольные вопросы
1.В чем заключается различие между светом естественным и поляризованным?
2.В чём заключается явление двойного лучепреломления?
3.Что называется оптической осью кристалла?
4.Что представляет собой призма Николя?
5.Сформулируйте закон Малю.
6.Чем можно объяснить различие в графиках, построенных по экспериментальным данным и по его значениям, вычисленным по закону Малю?
7.Какой свет называется оптически поляризованным?
1. Ландсберг Г.С. Оптика, §101 – 106
2. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики, т.3, §252.
3. Савельев И.В. Курс общей физики, т.3
4.Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики, т.3, §17 – 19.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.