Лабораторная работа № 3.8 изучение плоскополяризованного света

Цель работы: ознакомиться с явлением поляризации света, определение угла полной поляризации (угла Брюстера) и проверка закона Малюса.

1. Описание установки

Естественный свет от осветителя 1 (рис.6), проходя через поляризатор (поляроид) 2, поляризуется и попадает на анализатор (поляроид) 3. Свет после анализатора 3 попадает на фотоэлемент (приемник) 4. Об интенсивности света судят по силе тока в микроамперметре, подключенного к фотоэлементу 4. Поляризатор 2 и анализатор 3 заключены в оправы с лимбами, позволяющими вращать их вокруг горизонтальной оси. Цена деления лимба равна . Все элементы крепятся на оптической скамье с помощью рейтеров (стоек-держателей). Интенсивность света от осветителя 1 изменяется с помощью регулятора на блоке питания БП – 1.

Рис. 6. Установка для проверки законов поляризации света

При определении угла полной поляризации поляризаторами служат поляроид 2 и черное зеркало. Если указатель шкалы поляроида 2 поставить на 90⁰, то поляроид 2 не пропустит световой волны с колебаниями вектора , перпендикулярными плоскости падения. После отражения от зеркала луч становится плоскополяризованным, так как в нем будет больше интенсивность световых волн с колебаниями вектора , параллельными плоскости падения. Степень поляризации отраженного луча будет зависеть от угла падения лучей на зеркало. Максимальная поляризация будет при минимальной интенсивности отраженного луча.

При проверке закона Малюса поляризатором света служит поляроид 2. Черное зеркало убирают, а свет от источника света 1 направляется на поляризатор 2, а затем проходит через анализатор 3 на фотоэлемент 4 (рис.6).

Поляроид 2 полностью поляризует падающий на него световой поток. В анализатор 3 попадает уже поляризованный свет. Интенсивность света, выходящего из анализатора, зависит от угла между главными плоскостями пластинок. Если оба указателя шкал поляризатора и анализатора поставить на 0, то главные плоскости обеих пластинок будут параллельны ( = 0). В этом случае свет, вышедший из поляризатора, будет полностью пропущен анализатором и показания гальванометра будут максимальны (I_{а max}=I_p). Поворачивая один из поляроидов, например, анализатор, создаем угол между главными плоскостями пластинок. При этом интенсивность света, вышедшего из поляризатора, будет меняться пропорционально , а поскольку величина фототока пропорциональна световому потоку, падающему на фотоэлемент, то можно считать, что

I_a = I_{a max} cos²α. (6)

Здесь I_a , I_{a max} – величины фототока при различных положениях поляроидов. Соотношение (6) будет выполняться более точно, если устранить попадание постороннего света на анализатор и учесть потери в анализаторе и погрешности в измерении фототока.

2. Порядок выполнения измерений

2.1. Проверка закона Брюстера

2.1.1. Установить на оптическую скамью осветитель 1, поляроид 2 (анализатор или поляризатор) и черное зеркало, поставленное вместо поляроида 3 (черное зеркало должно стоять вертикально).

2.1.2. Включить блок питания осветителя 1 в сеть и отрегулировать ток лампы так, чтобы накал лампы был ярким.

2.1.3. Поставить зеркало под углом 0⁰, а указатель шкалы поляроида 2 на 90⁰. Затем, поворачивая зеркало, уловить глазом отраженный от зеркала луч.

2.1.4. Поворачивая зеркало и улавливая глазом отраженный луч, записать показания шкалы зеркала при минимальной интенсивности отраженного луча в разработанную самостоятельно таблицу.

2.1.5. Измерения провести не менее 5 раз.

2.2. Проверка закона Малюса

2.2.1. Снять с установки черное зеркало и установить поляризатор 2, анализатор 3 и фотоэлемент 4 вдоль оси оптической скамьи. Подключить к фотоэлементу 4 микроамперметр.

2.2.2. Установить шкалы поляризатора 2 и анализатора 3 на 0⁰ путем совмещения нулей шкал с верхними указателями.

2.2.3. Поворачивая анализатор 3, отмечать показания гальванометра (микроамперметра) I_a1 при значениях угла поворота  от 0⁰ до 90⁰. Поворачивая анализатор 3 в обратном направлении, отмечать показания гальванометра I_a2 при изменении угла  от 90⁰ до 0⁰. Для каждого угла рассчитать среднее арифметическое значение: Результаты измерений и вычислений занести в разработанную самостоятельно таблицу. Значения угла поворота  задаются преподавателем.

2.2.4. Выполните следующие визуальные наблюдения. Поднесите к рейтеру с поляроидом мобильный телефон с включенным экраном. Поверните поляризатор относительно экрана на различные углы. Проанализируйте полученный эффект.