Вариант 1

1. Какой свет называется естественным, плоскополяризованным, частично поляризованным?

2. Опишите принцип действия призмы Николя.

3. Докажите, что интенсивность света, прошедшего через любой идеальный поляризатор, равна половине интенсивности падающего ес­тественного света (при отсутствии поглощения в материале поляриза­тора).

4. Задача. Чему равен показатель преломления стекла, если отра­женный от него луч полностью поляризован? Угол преломления 30.

Ответ: n = 1,73.

Вариант 2

1. Как поляризован свет при отражении и преломлении на гра­нице диэлектриков?

2. Сформулируйте и выведите формулу закона Малюса.

3. Объясните принцип действия поляроида.

4. Задача. Естественный свет с интенсивностью падает на вход устройства, состоящего из двух скрещенных поляроидов. Какова интенсивность света, прошедшего через систему, если между поляроидами поместить третий поляроид, главная плоскость которого составляет с главной плоскостью первого угол ?

Ответ: .

Вариант 3

1. Что называется степенью поляризации света?

2. Каков характер поляризации света, прошедшего через призму Столетова?

3. В чем состоит явление двойного лучепреломления? Перечис­лите свойства обыкновенного и необыкновенного лучей.

4. Задача. Чему равен угол между главными плоскостями поляри­затора и анализатора, если интенсивность естественного света, про­шедшего через анализатор и поляризатор, уменьшилась в четыре раза? Поглощением света пренебречь.

Ответ:  = 45

Вариант 4

1. Сформулируйте закон Брюстера.

2. Начертите схему установки для проверки закона Малюса.

3. Нарисуйте устройство и объясните принцип действия призмы Николя.

4. Задача. Свет, поляризованный по кругу с интенсивностью , падает на вход устройства, состоящего из двух скрещенных поляроидов. Какова интенсивность света, прошедшего через систему, если между поляроидами поместить третий поляроид, главная плоскость кото­рого составляет с главной плоскостью первого угол ?

Ответ: .

Лабораторная работа № 3-09

Определение концентрации сахара в растворе с помощью сахариметра

Приборы и принадлежности: универсальный сахариметр СУ-3; набор трубочек с раствором сахара различных концентраций.

Цель работы: ознакомиться с оптическим методом определения концентрации растворов оптически активных веществ по изменению угла поворота плоскости колебаний поляризованного света.

Теоретическое введение

При прохождении плоскополяризованного света через некоторые вещества наблюдается вращение плоскости поляризации. Вещества, обладающие такой способностью, называются оптически активными. К их числу принадлежат кристаллические тела (кварц, киноварь), чистые жидкости (скипидар, никотин) и растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (водные растворы сахара, винной кислоты и др.).

Угол вращения  плоскости поляризации света, прошедшего через оптически активное вещество, пропорционален длине пути луча в нем:

  l, (3.5)

где  - удельное вращение.

В растворах угол поворота плоскости поляризации пропорциона­лен длине пути луча в растворе l и концентрации активного вещества С:

  ₀Сl, (3.6)

где ₀ - удельное вращение раствора, зависящее от природы растворенного вещества, длины волны и температуры (незначительно).

В зависимости от направления вращения плоскости поляризации оптически активные вещества подразделяются на право- и левовращающие. Если смотреть навстречу лучу, то в правовращающих веществах плоскость поляризации будет поворачиваться по часовой стрелке, в левовращающих - против нее.

Для объяснения вращения плоскости поляризации Френель предположил, что в оптически активных веществах лучи, поляризованные по кругу вправо и влево, распространяются с неодинаковой скоростью.

Плоскополяризованный свет можно представить как суперпозицию двух поляризованных по кругу волн (правой и левой) с одинаковыми частотами и амплитудами. Действительно, геометрическая сумма световых векторов и , поляризованных по кругу волн, в каждый момент времени будет лежать в одной и той же плоскости P (рис. 3.7, а). Если скорости распространения обеих волн окажутся неодинаковыми, то по мере прохождения через вещество один из векторов ( или ) будет отставать в своем вращении от другого, в результате чего плоскость P', в которой лежит результирующий вектор, будет поворачиваться относительно первоначальной плоскости (рис. 3.7, б).

Различие в скоростях света с разными направлениями круговой поляризации обуславливается асимметрией молекул либо асимметрич­ным размещением атомов в кристалле.

Описание установки

Согласно формуле (3.6) угол вращения плоскости колебаний (или плоскости поляризации) в оптически активных растворах пропорционален длине пути луча в растворе и концентрации раствора:   ₀Сl. Измеряя  и зная l и ₀, можно определить концентрацию раствора с. Угол вращения плоскости колебаний измеряется прибором СУ-3. Его схема изображена на рис. 3.8.

Свет от лампы 1 проходит через поляризатор 2, исследуемое вещество 3, компенсатор 4, анализатор 5 и окуляр 6.

Компенсатор состоит из пластинки правовращающего кварца и подвижного клина из левовращающего кварца. Перемещая клин перпендикулярно оптической оси прибора, можно скомпенсировать любой поворот плоскости поляризации в исследуемом веществе.

А нализатор состоит из двух неподвижных никелей, причем они ориентированы относительно друг друга так, что их главные плоскости коле­баний N₁ и N₂ (рис. 3.9) составляют между собой небольшой угол . При прохождении плоскополяризованного света через такой анализатор в поле зрения окуляра образуются два световых поля сравнения. В этом случае амплитуды и колебаний, пропущенных каждым николем, будут различны (рис. 3.9, а). Яркости полей станут равными, если плос­кость колебания падающей на николи плоскополяризованной волны будет симметрична относительно плоскостей N₁ и N₂ . Из рис. 3.9, б видно, что амплитуды и равны. Это достигается перемещением клина компенсатора.

В нешний вид сахариметра изображен на рис. 3.10, где 1 - осветительная головка, в которой находятся лампочка, линза, свето­фильтр и поляризатор; 2 - трубка, в которую вставлена кюветка с исследуемым раствором; 3 - измерительный узел, в котором находятся ком­пенсатор, анализатор и круговая шкала с нониусом; 4 - лупа для наблюдения шкалы; 5 - окуляр; 6 - рукоятка для перемещения подвижного клина компенса­тора и связанной с ним отсчетной шкалы (100 делений отсчетной шкалы соответствует углу поворота плоскости поля­ризации на 3437).

Отсчет десятых долей градуса определяется тем делением но­ниуса, которое совпадает с любым делением основной шкалы. При положительном отсчете рассматриваются деления, расположенные вправо от нуля нониуса, при отрицательном - влево от него.