Лабораторная работа №12
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА МАЛЮСА
1. Цель лабораторной работы.
Экспериментальная проверка закона Малюса.
Приборы и принадлежности.
Экспериментальная установка для изучения закона Малюса (рис. 1) состоит из источника поляризованного света (полупроводникового лазера Л), поворотного лимба А, на котором закреплена поляроидная пленка, служащая анализатором и фотоприемника Ф.
Вращая поворотный лимб, можно менять угол α между направлением поляризованного света и главной плоскостью анализатора. Свет, прошедший через анализатор, попадает на фотоприемник Ф, к которому подключен микроамперметр рА.
Л А Ф
Рис. 1. Оптическая схема экспериментальной установки:
Л - полупроводниковый лазер с блоком питания;
А - анализатор в оправе с угловыми делениями;
Ф - фотоприемник; рА - микроамперметр
Сила фототока i в цепи фотоприемник - микроамперметр зависит от интенсивности падающего на фотоэлемент света Ia, т. е.
i = f (Ia).
Таким образом, задача изучения закона Малюса сводится к изучению зависимости i = i0 cos2α.
3. Методика измерений и расчёта.
Свет представляет собой поперечную электромагнитную волну. Это означает, что векторы напряженности электрического поля 
и магнитной индукции 
взаимно перпендикулярны и колеблются оба перпендикулярно вектору скорости распространения волны (перпендикулярно лучу). Опыт и теория показывают, что химическое, физиологическое и другие виды воздействия света на вещество обусловлены, главным образом, электрическими колебаниями. Поэтому, и также для упрощения рисунков, изображающих световую волну, мы будем иметь в виду только электрические колебания, а плоскость, в которой они совершаются, называть плоскостью поляризации.
Естественный свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов, которые излучают световые волны независимо друг от друга. Поэтому световая волна, излучаемая источником в целом, характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора (рис. 2, а). Равномерное распределение векторов объясняется большим числом атомарных излучателей, а равенство амплитудных значений векторов - одинаковой (в среднем) интенсивностью излучения каждого из атомов.
Свет, у которого электрические колебания совершаются все время в одной и только одной плоскости, называется плоскополяризованным (линейно- поляризованным). Схематически плоскополяризованный свет изображен на рис. 2, б.
Если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное (но не исключительное) направление колебаний вектора (рис. 2, в) то имеем дело с частично -поляризованным светом.
Рис. 2. Колебания электрического вектора в естественном (а), линейно- поляризованном (б) и частично-поляризованном (в) свете
Естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный, применяя так называемые поляризаторы, пропускающие колебания только определенного направления. В качестве поляризаторов могут быть использованы некоторые анизотропные кристаллы (исландский шпат, турмалин, герапатит). Свет поляризуется также при отражении от неметаллических зеркал. В настоящее время имеются источники излучения, испускающие сразу плоскополяризованный свет, - это лазеры.
Для определения степени поляризации света служат анализаторы. Пусть 
- амплитуда электрического вектора линейно-поляризованного света (рис. 3). В анализаторе этот свет разложится на две волны, одна из которых поляризована в главной плоскости анализатора 
, а другая 
- в перпендикулярной этой плоскости. Амплитуды электрических векторов этих волн равны соответственно:
E1 = Ep sin α и E2 = Ep cos α.
Рис. 3. Взаимное расположение главной плоскости анализатора а-а и плоскости поляризации луча p-p
Первая волна полностью поглотится в анализаторе, а вторая пройдет через него. Если анализатор абсолютно прозрачен для второй волны, то амплитуда электрического вектора Ea для света, прошедшего через анализатор, равна
Еа = E 2 = Ep cos α.