Поясните содержание закона Малюса.
Зависимость интенсивности линейно поляризованного света после его прохождения через анализатор от угла а между плоскостями поляризации падающего света и анализатора (см. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА). Установлен франц. физиком Э. Л. Малюсом (Е. L. Malus) в 1810. Если I0 и I — соотв. интенсивность падающего на анализатор и выходящего из него света, то, согласно М. з., I=I0cos2a. Свет с иной (не линейной) поляризацией может быть представлен в виде суммы двух линейно поляризованных составляющих, к каждой из к-рых применим М. з. По М. з. рассчитываются интенсивности проходящего света во всех поляризационных приборах. Потери на отражение, зависящие от а и не учитываемые М. з., определяются дополнительно.
В чем состоит явление естественного вращения плоскости колебаний электрического вектора электромагнитной волны? Для каких веществ оно характерно?
Поясните устройство и принцип действия полутеневого поляриметра по схеме, приведенной на рис. 4.
ЛР-7
Контрольные вопросы
В чем состоит явление дифракции волн? При каких условиях оно легко наблюдается?
В явлении дифракции ярко проявляются волновые свойства света. Явление состоит в том, что световые волны огибают препятствия, встречающиеся на их пути, заходят в область геометрической тени. Характерным признаком этого явления является перераспределение светового потока в области геометрической тени с образованием максимумов и минимумов интенсивности.
Если на пути световой волны, распространяющейся от точечного монохроматического источника, поставить непрозрачную пластинку с круглым отверстием диаметром 0,5 – 1 мм, то на экране, расположенном за отверстием, можно наблюдать вместо равномерно освещенного пятна систему концентрических светлых и темных колец. При перемещении экрана вдоль оптической оси количество колец изменяется. При этом в центре дифракционной картины интенсивность света меняется от максимального до минимального значений и обратно. Объяснение этого явления на основе волновых представлений о природе света было дано французским физиком О. Френелем в 1918 г.
В чем состоит метод зон Френеля, применяемый при качественном анализе дифракции света на простейших объектах? Поясните принцип разбиения фронта волны на зоны при анализе дифракции света на круглом отверстии.
Согласно принципу Гюйгенса-Френеля световое поле в некоторой точке пространства является результатом интерференции вторичных источников. Френель предложил оригинальный и чрезвычайно наглядный метод группировки вторичных источников. Этот метод позволяет приближенным способом рассчитывать дифракционные картины, и носит название метода зон Френеля.
Зоны Френеля вводятся следующим образом. Рассмотрим распространение световой волны из точки L в точку наблюдения P. Сферический волновой фронт, исходящий из точки L разобьем концентрическими сферами с центром в точке P и с радиусами z1 + λ/2; z1 + 2 λ/2; z1 + 3 λ/2…
Полученные кольцевые зоны и носят название зон Френеля.
Смысл разбиения поверхности на зоны Френеля состоит в том, что разность фаз элементарных вторичных волн, приходящих в точку наблюдения от данной зоны, не превышает π. Сложение таких волн приводит к их взаимному усилению. Поэтому каждую зону Френеля можно рассматривать как источник вторичных волн, имеющих определенную фазу. Две соседние зоны Френеля действуют как источники, колеблющиеся в противофазе, т.е вторичные волны, распространяющиеся из соседних зон в точке наблюдения будут гасить друг друга. Чтобы найти освещенность в точке наблюдения P нужно просуммировать напряженности электрических полей от всех вторичных источников, приходящих в данную точку. Результат сложения волн зависит от амплитуды и разности фаз. Так как разность фаз между соседними зонами равна π, то можно перейти к суммированию амплитуд.
Амплитуда вторичной сферической волны пропорциональна площади элементарного участка, испускающего эту волну (т.е пропорциональна площади зоны Френеля). Кроме того, она убывает с увеличением расстояния z1 от источника вторичной волны до точки наблюдения по закону 1 / z1 и с ростом угла φ между нормалью к элементарному участку, испускающего волну, и направлением распространения волны.
Можно показать, что площади зон Френеля примерно одинаковы и равны:
,
где Sn — площадь n-ой зоны Френеля, z0 —
радиус сферы.
Расстояние z1n от зоны до точки наблюдения медленно растет по линейному закону: z1n = z1 + n λ / 2, где n — номер зоны.
Угол φ также увеличивается при увеличении номера зоны Френеля. Следовательно, амплитуды вторичных волн убывают. Таким образом, можно записать A1 > A2 > A3 > … > An-1 > An > An+1 > …, где An — амплитуда вторичной волны, испущенной n-ой зоной. Амплитуда результирующего светового колебания в точке наблюдения P будет определяться вкладом всех зон. При этом, волна из второй зоны Френеля будет гасить волну из первой зоны (так как они придут в точку P в противофазе), волна из третьей зоны будет усиливать первую волну (так как между ними разность фаз равна нулю), четвертая волна ослабит первую и так далее. Это значит, что при суммировании необходимо учесть, что все четные зоны дадут вклад в результирующую амплитуду одного знака, а все нечетные зоны — противоположного знака. Таким образом, суммарная амплитуда в точке наблюдения равна: A = A1 — A2 + A3 — A4 + …
Вследствие монотонного убывания амплитуд вторичных волн можно записать .
Тогда выражения, заключенные в круглые скобки будут равны нулю, и амплитуда А в точке наблюдения будет равна: А = А1/2. То есть амплитуда, создаваемая в некоторой точке наблюдения P сферической волновой поверхностью, равна половине амплитуды, создаваемой одной лишь центральной зоной. Таким образом, действие всей волновой поверхности эквивалентно половине действия центральной зоны Этот же результат можно получить, если применить графический метод сложения амплитуд. Если световая волна встречает на пути своего распространения какое-либо препятствие (отверстие или преграду), то в этом случае мы разобьем на зоны Френеля волновой фронт, дошедший до этого препятствия. Понятно, что препятствие закроет часть зон Френеля, и вклад в результирующую амплитуду дадут только волны, испущенные открытыми зонами Френеля. Вы можете пронаблюдать, как меняется вид дифракционной картины в зависимости от числа открытых зон Френеля.
На основе своего метода Френель доказал, что свет распространяется практически прямолинейно.