5. Поляризациясвета

5.1. Лабораторная работа Проверка закона/Малюса

Ц е л ь р_аб о т ы: изучить явление поляризации света, ознакомиться с устройством и принципом действия поляризационных приборов, эксперименталь­но проверить закон Малюса.

Приборы и принадлежности: источник света, поляризатор и анализатор в оправе с круговой шкалой, фотоприемник с показывающим элект­рическим прибором.

5.1.1. Описание экспериментальной установки и метода

Световые волны поперечны. Электрический вектор и магнитный век­тор ( ) располагаются в плоскости, перпендикулярной направлению рас­пространения волны. Во всякой точке пространства ориентация пары векторов и может изменяться со временем. В зависимости от характера такого изме­нения различают естественный и поляризованный свет.

Свет, в котором ориентация векторов и хаотически изменяется во времени, так что различные направления в плоскости, перпендикулярной к на­правлению распространения волны, равновероятны, называется естественным или неполяризованным.

Свет, в котором направление колебаний вектора упорядочено каким-либо образом, называется поляризованным. Если колебания вектора могут совер­шаться лишь в одной плоскости, тогда свет называется линейно-поляризованным. Плоскость, содержащая луч и вектор , называется плоскостью колебаний.

Если колебания вектора совершаются так, что его конец описывает круг или эллипс, свет называется поляризованным по кругу или эллиптически поляризованным.

Линейно-поляризованный свет можно рассматривать как частный случай эллиптически поляризованного света, когда эллипс поляризации вырождается в отрезок прямой линии.

Для получения поляризованного света применяют специальные оптичес­кие приспособления - поляризаторы. Плоскость колебаний вектора , прошедше­го через поляризатор, называется плоскостью поляризации.

Поляризатор может быть использован для исследования поляризованного света, т.е. в качестве анализатора. В этом случае плоскость колебаний прошедше­го света будет совпадать с плоскостью анализатора.

Интенсивность I линейно-поляризованного света после прохождения че­рез анализатор зависит от угла , образованного плоскостью колебаний падающе­го на анализатор луча с плоскостью анализатора, описывается законом Малюса.

,

где - интенсивность падающего на анализатор света ( ), - угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора.

Для выполнения работы используется специальная установка (рис. 1). Она состоит из: источника света S, поляроида Р (поляризатора), поляроида А (анали­затора), который может вращаться вокруг оси 00 и связанного с вращающимся диском с угловыми делениями. Угол поворота измеряется по шкале диска. После поляризатора свет попадает на анализатор. Пройдя анализатор, свет попадает на фотоэлемент, в цепи которого возникает фототек, измеряемый гальванометром. Величина фототока пропорциональна интенсивности света, пропущенного сис­темой поляризатора и анализатора.

Таким образом, экспериментальная установка позволяет измерять интен­сивность света, прошедшего через анализатор и поляризатор, при разных извест­ных углах между их главными плоскостями.

S - источник света, Р - поляризатор; А - анализатор; МС - матовое стекло; ФЭ - фотоэлемент; G - гальванометр; ОО' - ось вращения анализатора

Рис. 1

5.1.2. Порядок выполнения работы

Работу выполняют в следующей последовательности:

1. Включить осветитель в сеть.

2. Вращая анализатор, определить минимальное показание гальванометра .

3. Добиться вращением анализатора максимального показателя гальвано­метра. Угол, соответствующий этому показанию, условный "0" шкалы ( ).

4. Поворачивая анализатор на 360 °С шагом 10° и фиксируя показания при­бора, получить экспериментальные данные о зависимости интенсивности света от угла . Занести данные в таблицу (составить самостоятельно).

5. Определить экспериментальные и теоретические зависимости:

a)

б)

6. Построить экспериментальные и теоретические зависимости ; в полярных координатах.

7. Построить экспериментальные и теоретические зависимости ; используя метод наименьших квадратов, провести наи­лучшую прямую через экспериментальные точки, записать ее уравнение.

8. Сделать выводы о выполнении закона.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается поляризованный свет от естественного?

2. Какой свет называется плоскополяризованным?

3. Что называется плоскостью колебаний?

4. Какими способами можно получить плоскополяриэованный свет?

5. Назовите наиболее употребительные поляризованные призмы, расска­жите об их конструкциях и физических явлениях, используемых в них.

Выведите закон Малюса.

5.2. Лабораторная работа

Изменение угла поворота плоскости поляризации оптически

активными растворами

Цель работы: ознакомиться с оптическим методом определения концен­трации растворов оптически активных веществ по измерению угла поворота плос­кости поляризации.

Приборы и принадлежности: полутеневой поляризатор с осветителем, исследуемые растворы