Лабораторная работа №2

Цель: изучить поляризацию света

Оборудование: устройство для исследования света, которое состоит из света (S), поляризатора (Р), анализатора (А), и фотоприемника (Ф) с гальванометром (G). В качестве поляризатора используется стопа Столетова(С).

Практическая часть

1. Определяем степень поляризации осветителя

Между источником света (S) и фотоприемником (Ф) устанавливаем анализатор (А). Схема установки показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема установки

2. Вращая анализатор, снимаем зависимость тока I, от угла поворота . Изменение угла поворота происходит от 0 до 180 через 10 .

Данные измерений заносим в таблицу 1.

Таблица 1. Зависимость тока от угла поворота.

I,мА	84,1	84	84,5	83	83,5	83,5	83,5	83,8	84	84
,град	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
I,мА	84	84,4	84,5	84,7	84,9	84,8	84,5	84,4	84
,град	100	110	120	130	140	150	160	170	180

Строим график зависимости тока от угла поворота анализатора. Рисунок 2.

По графику определяем наибольшее значение тока Imax и значение тока при

изменении угла на 90 относительно наибольшего значения тока –Imin.

Imax=84,9 мА

Imin=83 мА

Определяем степень поляризации источника.

где: Imax- максимальное значение тока

Imin- минимальное значение тока

2. Определяем степень поляризации с применением поляризатора. Схема установки показана на рисунке 3. Снимаем зависимость тока от угла поворота. Данные заносим в таблицу 2.

Рисунок 3. Схема установки с применением поляризатора.

Таблица 2. Зависимость тока от угла поворота с применением поляризатора.

I,мА	29	27	6	7	3	4	8	18	31	47
,град	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
I,мА	51	58	62	64	63	60	56	49	38
,град	100	110	120	130	140	150	160	170	180

Imax=64 мА

Imin=3 мА

Определяем степень поляризации источника.

3. Определяем степень поляризации стопы Столетова. Схема установки показана на рисунке 5. Снимаем зависимость тока от угла поворота. Данные заносим в таблицу 3.

Рисунок 5. Схема установки с применением стопы Столетова.

Таблица 3. Зависимость тока от угла поворота с применением стопы Столетова.

I,мА	42	38	36	32	27	20	16	12	10	9
,град	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
I,мА	12	16	22	27	34	40	43	45	46
,град	100	110	120	130	140	150	160	170	180

Imax=46 мА

Imin=9 мА

Определяем степень поляризации источника.

4) Проверяем закон Малюса

На графике зависимости тока от угла поворота анализатора строим теоретическую зависимость тока от угла поворота. Рисунки 2,4,6.

В качестве берем . Данные занесены в таблицы 4-6.

Таблица 4. Теоретическая зависимость тока от угла поворота.

I,мА	84,9	81,5	73	61,9	48,4	33,9	21,2	9,3	1,7	0
,град	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
I,мА	1,7	9,3	21,2	33,9	48,4	61,9	73	81,5	84,9
,град	100	110	120	130	140	150	160	170	180

Таблица 5. Теоретическая зависимость тока от угла поворота с применением поляризатора .

I,мА	64	61,4	55	46,7	36,5	25,6	16	7	1,3	0
,град	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
I,мА	1,3	7	16	25,6	36,5	46,7	55	61,4	64
,град	100	110	120	130	140	150	160	170	180

Таблица 6. Теоретическая зависимость тока от угла поворота с применением стопы Столетова .

I,мА	46	44,1	39,5	33,6	26,2	18,4	11,5	5,1	0,9	0
,град	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
I,мА	0,9	5,1	11,5	18,4	26,2	33,6	39,5	44,1	46
,град	100	110	120	130	140	150	160	170	180

Вывод: проделав лабораторную работу изучили свойства поляризации света, определили степень поляризации, увидели зависимость тока от угла поворота без поляризатора, с поляризатором, со стопой Столетова, а так же проверили на практике закон Малюса. Установили, что график проверки закона Малюса в большей степени похож на график зависимости тока от угла поворота с применением стопы Столетова.

Контрольные вопросы:

1.Естественный и поляризованный свет. Степень поляризации

Поляризация света – это совокупность явлений волновой оптики, в которых проявляется поперечность электромагнитных световых волн.

Поляризация возможна только у поперечных волн.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора E каким-то образом упорядочены, называется поляризованным светом.

Свет со всевозможными равновероятными направлениями колебаний

вектора E (и, следовательно, H ) называется естественным светом.

В естественном свете колебания вектора E в любой (фиксированной) точке среды совершаются в разных направлениях, быстро и беспорядочно сменяя друг друга. Условно это изображают, как показано на рис 1. (направление распространения света перпендикулярно плоскости рисунка).

Рис. 1

Равномерное распределение векторов E объясняется большим числом атомарных излучателей, а равенство амплитудных значений

векторов E – одинаковой (в среднем) интенсивностью излучения ка-

ждого из атомов.

Частично поляризованный свет – это свет с преимуществен-

ным (но не исключительным!) направлением колебаний вектора E

(рис. 2 а).

Плоскополяризованный (линейно-поляризованный) свет – это свет, в котором вектор E (следовательно, и H ) колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу (рис. 2 б). Фактически в этом случае колебания вектора E происходят только в одной плоскости, проходящей через луч.

Плоскость, в которой колеблется вектор E , называют

Nлоскостью nолярuзацuu.

Эллиптически поляризованный свет – это свет, для которого r вектор E изменяется со временем так, что его конец описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпендикулярной лучу (рис. 2 в).

Эллиптически поляризованный свет – наиболее общий тип поляризованного света.

Рис.2

В зависимости от направления вектора E различают правую и левую эллиптические (или круговые) поляризации. Если смотреть на встречу распространения волны, и вектор E при этом поворачивается по часовой стрелке, то поляризацию называют правой, в противном случае (если против часовой стрелки) – левой.

2.Поляризация света при прохождении через кристаллы. Закон Малюса.

Из естественного света можно получить плоскополяризованный с помощью приборов, называемых поляризаторами P (например, кристаллы, в частности турмалин). Эти приборы свободно пропуска- ют колебания светового вектора, параллельные плоскости, которую мы будем называть плоскостью пропускания поляризатора или главной плоскостью поляризатора. Колебания же, перпендикулярные к этой плоскости, задерживаются полностью или частично. В первом случае поляризатор является идеальным.

Для анализа плоскополяризованного света используют те же поляризаторы; они здесь называются анализаторами (А).

Рассмотрим 3-и случая:

1. Главные плоскости Р и А параллельны друг другу (рис. 3 а).

2. Плоскополяризованный свет проходит через анализатор (рис. 3 б).

Главные плоскости Р и А перпендикулярны друг другу. Свет че- рез анализатор не проходит.

3. Главные плоскости Р и А ориентированы произвольно, a – угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора (рис. 3 в).

( - амплитуда светового вектора луча, прошедшего сквозь r поляризатор Р;

и -соответственно компоненты вектора ,параллельная и перпендикулярная главной плоскости анализатора).

Естественный свет падает во всех случаях на поляризатор перпендикулярно.

Анализатор пропускает составляющую = cos α. Интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды колебаний, поэтому интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды колебаний , поэтому интенсивность плоскополяризованного света, прошедшего через анализатор , равна

тенсивность плоскополяризованного света, прошедшего через анализатор, равна I = α - Закон Малюса.

Где - интенсивность плоско поляризованного света, падающего на анализатор; I- интенсивность света, вышедшего из анализатора.

Рис. 3

Пример: если пропустить естественный свет через два поляризатора, плоскости которых образуют угол α, то из первого выйдет

плоскополяризованный свет интенсивностью I₀1/2* ,а из второго – свет интенсивностью I  I₀ cos Таким образом , интенсивность света, прошедшего через два поляризатора ,равна I₀1/2* α.