лабораторная работа № 3 ИЗУЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА
Цель работы: исследование поляризации света при отражении от диэлектрика, определение угла полной поляризации. Исследование прохождения света через поляроиды. Оборудование: специальная установка, осветитель, измеритель интенсивности света. Содержание работы: Из электромагнитной теории света следует, что световая волна является поперечной, то есть три вектора: напряженность электрического поля E, напряженность магнитного поля Н и скорость распространения света с взаимно перпендикулярны. Свет от обычных источников состоит из множества цугов волн, световой вектор Е которых ориентирован случайным образом, а колебания различных направлений равновероятны. Такой свет называется естественным. Свет, в котором направления колебаний каким-либо образом упорядочен, называется поляризованным, процесс получения поляризованного света называется поляризацией. Если колебания вектора происходят в одной плоскости относительно луча, то свет считается плоскополяризованным. Частично поляризованный свет - свет, в котором имеется преимущественное направление колебаний вектора E. Эти случаи схематически изображены на рис. 1 (луч перпендикулярен плоскости рисунка).
Плоскость, в которой колеблется электрический вектор Е, называется плоскостью колебаний, или плоскостью поляризации. Поляризация света наблюдается при отражении, преломлении и при прохождении света через анизотропные вещества. Приборы для получения поляризованного света называются поляризаторами. Визуально поляризованный свет нельзя отличить от неполяризованного. Анализ поляризованного света делают с помощью поляризатора, через который пропускают исследуемый свет. В таких случаях поляризатор называют анализатором. Для явления поляризации справедливы следующие законы. 1. При отражении световых лучей от поверхности изотропных tg φБр = n (1)
где n - относительный показатель преломления второй среды относительно первой. Это закон Брюстера. Преломленный свет частично поляризован. 2. Если на анализатор падает плоскополяризованный свет, плоскость поляризации которого составляет угол α с плоскостью IA=IПсos2α (2)
Здесь IП - интенсивность света, падающего на анализатор. Это закон Малюса. Если частично поляризованный свет пропускать через анализатор, то интенсивность IА прошедшего света будет меняться в зависимости от положения плоскости поляризации анализатора (ППА). Она достигает максимального значения I тах, если ППА и плоскость преимущественных колебаний частично поляризованного света совпадает. Если эти плоскости перпендикулярны друг другу, то интенсивность света, прошедшего через поляризатор, будет минимальной Imin . Для характеристики поляризованного света вводится величина, называемая степенью поляризации света Р,
Р = (3)
Для естественного света Р=0, так как Imin = Imax, а для плоскополяризованного света Р=1, так как Imin =0. Для исследования законов Брюстера и Малюса используется специальная установка, которая крепится на оптической скамье (рис.2).
Свет от лампы 1 через отверстие в корпусе лампы падает на стеклянную пластину 3, помещенную в фиксаторы поворотного столика. Изменение угла падания света осуществляется поворотом столика со стеклянными пластинами. Стрелка 6 поворотного столика указывает угол падения света. К установке прилагается набор съемных стеклянных пластин, закреплённых в обоймы (по 2, 4, 7, 12 шт.). Отраженный от пластины частично поляризованный свет через анализатор 7 попадает на фотоэлемент 8, подключенный к измерителю интенсивности света (ИИС) 9. Показания ИИС пропорциональны световому потоку, попадающему на Узел анализатор-фотоэлемент закреплён на коромысле 11, которое может поворачиваться вокруг вертикальной оси на угол от 50° до 180. Отражающая пластина 3 может вращаться вокруг вертикальной оси, и у отраженного от нее частично поляризованного света плоскость преимущественных колебаний вертикальна. На фотоэлемент 8 попадает световой поток, зависящий от положения ППА 7 - он будет максимальным (показание ИИС 9 максимально), если ППА вертикальна, и минимальным, если ППА горизонтальна. Как следует из теоретических представлений, интенсивность этих двух составляющих (а следовательно, и показания вольтметра), поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях, будет меняться в Порядок выполнения работы: 1. Изучение установки, знакомство с основными узлами и элементами: а) изменение угла падения света на пластину; б) изменение положения ППА; в) узел анализатор-фотоэлемент. 2. Включите источник света и, вращая его вокруг вертикальной оси, добейтесь, чтобы световой луч был направлен вдоль оптической скамьи.
3. Закрепите в держателе обойму с четырьмя пластинами. Установите Контролировать правильность установки осветителя дополнительно можно по отраженному от пластины свету: пятно света, отраженное на осветитель, должно быть симметрично относительно выходного отверстия осветителя. 4. Ознакомьтесь с устройством и работой анализатора и датчика интенсивности света. Для этого поверните коромысло узла анализатора так, чтобы свет, прошедший через пластину, попал на анализатор и фотоэлемент. Включите ИИС и подключите к нему фотоэлемент. Меняя положение ППА от 0° до 180°, убедитесь, что величина сигнала не меняется. Следовательно, свет, прошедший через пластину, не поляризован. 5. Поверните отражающую пластину, и задайте угол падения света φ = 25°-80°. Поворачивая коромысло, добейтесь попадания отраженного света на фотоэлемент. Выполнение упражнений
Упражнение I. Исследование поляризации отраженного света. 1. Вставляем в держатель обойму с четырьмя пластинами и устанавливаем угол падения света 25°. Поворачивая коромысло, добиваемся попадания на фотоэлемент отраженного света. Измеряем интенсивность света при положениях ППА 0° и 90°. Аналогичные измерения проводим для других углов падения (указаны в таблице) и результаты заносим в табл. 1. 2. Повторяем все измерения еще дважды и находим среднее значение 3.Для каждого угла падения по формуле 3 рассчитываем степень поляризации отраженного света.
Таблица 1
4. Строим графики зависимости: I max =f(φ); I min=f(φ); Р=f(φ), с помощью которых находим угол Брюстера. 5.По формуле (1) рассчитываем показатель преломления п материала пластины (стекла).
Упражнение 2. Исследование поляризации прошедшего через пластину света 1.Вставляем обойму с двумя пластинами (N=2) и устанавливаем угол падения света, равный углу Брюстера, найденному в упражнении 1. 2.Устанавливаем фотоэлемент для регистрации интенсивности прошедшего через пластины света. 3.Измеряем интенсивность прошедшего через пластины света при двух положениях ППА: Imax - при 90° и Imin - при 0°. 4.Аналогичные измерения проводим для N=4, 7, 12 пластин. Рассчитываем степень поляризации света для всех случаев и вносим в таблицу 2.
Таблица 2
5.Строим график Р = f (N). Упражнение 3. Изучение закона Малюса. 1. Снимаем с установки обойму с пластинами, коромысло узла анализатор-фотоэлемент устанавливаем в положение 180°, между источником света и установкой помещаем поляризатор 12 ( ппп= 0°). 2. Устанавливаем ППА на 0° и, меняя положение ППА ( ППА)от 0° до 180° через каждые 15°, отмечаем показания ИИС I п (интенсивность света, прошедшего через поляризатор и анализатор). Результаты всех измерений заносим в табл. 3.
Таблица 3
3. Проводим расчеты, необходимые для заполнения таблицы. 4. Строим график I2=f(cos2φ)
Контрольные вопросы
1. Чем отличается естественный свет от поляризованного? 2. Перечислите способы получения поляризованного света. 3. В чем состоит явление двойного лучепреломления? 4. Сформулируйте закон Брюстера. 5. Докажите, что отраженный и преломленный лучи при соблюдении условия Брюстера будут взаимно перпендикулярны. 6. Сформулируйте закон Малюса. 7. Почему при любом положении анализатора частично поляризованный свет проходит через него?
Популярное: Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2108)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |