Контрольні запитання

1. Явище інтерференції світла.

2. Когерентність.

3. Оптична довжина шляху і оптична різниця ходу.

4. Умови максимумів і мінімумів при інтерференції.

5. Явища, що відбуваються при відображенні:

а) від середовища, оптично більш щільного;

б) від середовища, оптично менш щільного.

6. Лінії рівної товщини. Кільця Ньютона.

7. Отримання розрахункової формули.

8. Хід експерименту з визначення радіуса кривизни лінзи або довжини хвилі світла за допомогою кілець Ньютона.

9. Обчислення похибок вимірювань.

Лабораторна робота № 6

ПЕРЕВІРКА ЗАКОНУ МАЛЮСА

Мета роботи

1. Ознайомитися з явищем поляризації світла;

2. Перевірити закон Малюса.

Прилади та матеріали

1. Освітлювач з оптичною лавою;

2. Два поляризатори, закріплені в рейтерах;

3. Фотоелемент з приєднаним до нього гальванометром;

4. Об’єктив (лінза), закріплений у рейтері.

Теоретичні відомості

Будь-яке джерело являє сукупність величезної кількості окремих та цілком незалежних випромінювачів світлової енергії (атоми, молекули або ті та інші разом).

С вітло, яке випромінюється окремим атомом або молекулою, являє собою плоскополяризовану електромагнітну хвилю, в якій вектор напруженості електричного поля змінюється з часом у певно визначеній площині (позначимо її ). Площина , в якій змінюється вектор магнітного поля , перпендикулярна до площини . Вектор , який характеризує швидкість світла у вакуумі (в будь-якому іншому середовищі швидкість світла буде дорівнювати , де n – абсолютний коефіцієнт заломлення середовища), завжди орієнтований вздовж прямої . Однак у кожну мить часу вздовж даного напрямку, розповсюджується енергія, яка випромінюється багатьма випромінювачами, орієнтація яких у просторі безладна. Тому вектори та , залишаючись перпендикулярними до того ж самого вектора , опиняються розташованими в будь-якій площині, яка проходить крізь пряму (рис.6.1).

Сукупність світлових хвиль з усіма можливими орієнтаціями векторів , а отже і , які існують одночасно або швидко та безладно змінюють один одного, називають природним світлом.

Існує декілька способів, що базуються на використанні різноманітних оптичних явищ, які дозволяють перетворювати природне світло в поляризоване, тобто в таке, у якому змінювання вектора відбувається в одній визначеній площині, яку прийнято називати площиною коливання. Площину, у якій у цьому випадку змінюється вектор , називають площиною поляризації світла.

Будь-який пристрій, який поляризує світло, називають поляризаційним приладом, або поляризатором. Визначимо, що цей же пристрій можна застосовувати для дослідження стану поляризації світла, тоді його називають аналізатором.

При відбивані природного світла від неметалевого дзеркала у відбитому світловому пучку переважають коливання векторів , які не перпендикулярні до площини падіння. В цьому випадку, відбите світло називають частково поляризованим, однак відбитий тим же діелектриком світловий пучок стає повністю поляризованим у площині падіння, якщо дотримується співвідношення, встановлене Брюстером:

, (6.1)

де – коефіцієнт заломлення діелектрика, – кут падіння або рівний йому кут відбиття який в цьому випадку називають кутом повної поляризації світла або кутом Брюстера.

М

Рис.6.2 – Проходження світлової хвилі крізь поляризатор та аналізатор

ожна показати, що інтенсивність повністю поляризованого світлового пучка завжди дорівнює половині інтенсивності того природного світлового пучка, з якого він одержаний.

Покажемо, що інтенсивність плоскополяризованого світлового пучка, отриманого з природного в результаті проходження крізь поляризатор Р (рис 6.2), на виході з аналізатора А буде

, (6.2)

де – інтенсивність природного світлового пучка, що падає на поляризатор; – інтенсивність пучка, який пройшов поляризатор; – інтенсивність світлового пучка, який вийшов з аналізатора; – кут між площинами, де відбуваються коливання векторів до і після проходження світла крізь аналізатор.

Позначимо аналізаторне значення вектора до і після проходження крізь аналізатор відповідно через та , будемо мати:

. (6.3)

Інтенсивність світла пропорційна квадрату амплітудного значення вектора , тоді:

(6.4)

С

Рис.6.3 – Схема вимірювальної установки

піввідношення (6.4) виражає закон Малюса.

На рисунку 6.3 зображений загальний вигляд установки для перевірки закону Малюса. Вона зібрана на оптичній лаві, в рейтерах якої відповідним чином закріпленні: освітлювач L з об’єктивом О, який переміщується; поляризатор і аналізатор , кути повороту якого навколо осі, яка співпадає з напрямком світлового пучка, відраховуються за градусною шкалою, яка нанесена на дисковий тримач; фотоелемент F, чутливий гальванометр з додатковим опором, який змінює його чутливість в , , разів.