ФИЗИКА. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА. ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению лабораторной работы
для студентов инженерных и педагогических специальностей
Череповец
Работа 4. Исследование поляризованного света.
Проверка закона Малюса.
- Цель работы.
Ознакомление с явление поляризации и законом Малюса.
- Основные теоретические положения.
|
Согласно волновой теории свет представляет собой электромагнитную волну. Направление колебаний векторов напряженности электрического 
и магнитного 
полей взаимно перпендикулярны и перпендикулярны к направлению распространения волны (рис.1). Таким образом, электромагнитные волны являются поперечными волнами.
Рис. 1
В естественном свете (т.е. свете, испускаемом обычными источниками) колебания, совершающиеся в самых различных направлениях, перпендикулярных к лучу, быстро и беспорядочно сменяют друг друга). Волна называется линейно или плоскополяризованной, если плоскости колебания векторов и с течением времени не меняются. Электромагнитная волна, изображенная на рис.1, является плоскополяризованной.
Действие света (фотоэлектрическое, фотохимическое, физиологическое) связано в основном с колебаниями электрического вектора. В соответствии с этим вектор 
называют световым вектором. Плоскость, в которой совершает свои колебания, называют плоскостью световых колебаний или плоскостью поляризации.
|
Плоскополяризованный свет можно получить из естественного с помощью приборов, называемых поляризаторами и поляроидами. В качестве поляризаторов используются кристаллы. Поляроид представляет собой пленку из прозрачного материала, на которую нанесен слой одинаково ориентированных микрокристаллов. Такой слой пропускает световые колебания, проходящие лишь в одной определенной плоскости, т.е. после прохождения через поляроид свет становится плоскополяризованным.
Возьмем два поляроида и поставим их друг за другом. Пусть первый поляроид, поляризатор, пропускает волну с колебаниями светового вектора, происходящими в плоскости 
, и амплитудой 
(рис.2). Эта волна падает на анализатор, который пропускает колебания, совпадающие с направлением 
. Если плоскость колебания волны, вышедшей из поляризатора, образует угол 
с плоскостью пропускания анализатора, то анализатор пропускает волну с амплитудой
Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды, то
, (1)
где 
- интенсивность волны, вышедшей из анализатора; 
- интенсивность волны, пропущенной первым поляризатором.
Соотношение (1) носит название закона Малюса.
- Описание лабораторной установки.
Для экспериментальной проверки закона Малюса используется установка, схематически изображенная на рис.3.
Свет от источника 
проходит через объектив 
, поляроиды 
(поляроиды) и 
(анализатор) и попадает на фотоэлемент 
. Возникающий фототок фиксируется гальванометром 
. В качестве регистрирующего прибора может применяться люксметр.
Рис.3
Во время опыта поляризатор остается неподвижным, а анализатор поворачивается вокруг оси системы. Угол поворота анализатора измеряется по круговой шкале, связанной с анализатором. Величина фототока 
, измеряемая гальванометром, пропорциональна интенсивности света, вышедшего из анализатора. Согласно закону Малюса (1), максимальна, если плоскости пропускания поляризатора и анализатора совпадают 
, и равна нулю, если эти плоскости скрещены 
. При других углах 
.
4. Порядок выполнения работы.
1. Включают осветитель и устанавливают его так, чтобы световой пучок проходил через центральные части поляроидов и падал на центральную часть фотоэлемента. Принимают меры к предотвращению попадания постороннего света на фотоэлемент.
2. Не меняя положения поляризатора, вращают анализатор вокруг оси системы. Положение анализатора фиксируется по шкале на оправе (углы 
). Измерения проводят через 
в диапазоне от 0 до 
. При этом записывают показания гальванометра , соответствующие различным положениям анализатора, затем повторяют измерения в обратном порядке. Для каждого значения находят 
. Результаты измерения заносят в таблицу по форме 1.
3. По таблице находят максимальное значение , которое обозначают 
и значение угла 
, соответствующее показанию гальванометра .
Форма 1
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
| |||||||
|
|
4. Очевидно, что отношение 
соответствует отношению 
, значение - значению 
в законе Малюса, и вообще 
.
Поэтому проверка закона Малюса сводится к проверке правильности соотношения
. (2)
5. Обработка результатов измерений.
1. Вычисление и 
.
2. Построение графиков 
и 
. Для сравнения опытных теоретических данных графики строят на одном поле.
3. Конец расчета.
Контрольные вопросы.
1. Чем отличается плоскополяризованный свет от естественного?
2. Как изменится интенсивность света, прошедшего через два поляроида, если угол между плоскостями пропускания поляризатора и анализатора возрастает с 45 до 
?
3. Что произойдет с освещенностью экрана, если между двумя скрещенными поляроидами поместить третий, плоскость пропускания которого не совпадает с плоскостями пропускания первых двух поляроидов?
Литература: [2], с. 419-423; 426-430.