Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки

На рисунке 23.8 изображены приборы, с помощью которых проводятся описанные ниже эксперименты. Это: поляроид 1, черное зеркало 2, стопка стеклянных пластин 3, кристалл исландского шпата 4, препарат из целлофана 5, диафрагма 6, модели балки и рельса из органического стекла 7 и 8.

Приборы, входящие в состав набора, совместно с универсальным проекционным аппаратом, позволят наглядно показать поляризацию света: при прохождении через поляроид и стопку стеклянных пластин; при отражении от плоского зеркала; а также двойное лучепреломление в кристалле исландского шпага, интерференцию поляризованных лучей и обнаружение анизотропии в органическом стекле. В состав универсального проекционного аппарата (рис. 23.9) входят конденсор 1, объектив 2 и оптическая скамья 3.

Подготовку проекционного аппарата к работе следует начинать с центрирования источника света и объектива на оптической скамье и получения четкого, равномерно освещенного изображения на экране.

В зависимости от содержания опыта объекты набора укрепляют в рейтерах на скамье проекционного аппарата в тех или иных сочетаниях, при чем все они должны быть правильно расположены относительно оптической оси конденсора. Очень важно, чтобы оптические оси всех приборов, демонстрирующих какое либо из явлений, совпадали. В противном случае результат проводимого эксперимента будет не четким, эффекты могут не совпасть с ожидаемыми. В худшем случае никакого результата достичь не удастся.

Приборы из набора должны быть всегда чистыми. Для протирания поверхности стекла лучше всего применять мягкую стиранную полотняную ткань.

Порядок выполнения работы

1. Прежде чем приступать к проведению опытов, студент обязан изучить теорию вопроса и предлагаемый набор принадлежностей(без понимания основ теории и ознакомления с принципами настройки и установки проведение эксперимента теряет смысл).

2. Сфокусировать источник света, т.е. расположить конденсор и объектив так, чтобы на экране получилось четкое изображение круга (проекция передней линзы конденсора), равномерно освещенного по всей поверхности.

3. После фокусировки источника света знакомство с явлением поляризации надо начинать со следующего опыта. Между конденсором и объективом установить на рейтерах два поляроида в оправах. Один из них, расположенный рядом с конденсором, служит поляризатором, а другой - анализатором. В случае если плоскости поляризации поляроидов совпадают, на экране видно светлое пятно. Вращая вокруг главной оптической оси конденсора (вокруг направления распространения луча) один из поляроидов наблюдают постепенное потемнение светлого пятна (при повороте поляроида на 90⁰относительно первоначального положения светлое пятно на экране полностью гаснет). Наблюдая данные явления, анализируют закон Малюса.

4. Далее анализируют закон Брюстера (поляризация при отраженииот различных веществ). Для этого на скамье аппарата напротив конденсора (предварительно убрав поляроиды и объектив) установить рейтер с черным зеркалом. Между конденсором и черным зеркалом для ограничения пучка света расположить диафрагму. Повернуть зеркало на угол около 60⁰к оси конденсора. На пути отраженного от зеркала пучка установить объектив и получить на экране светлое пятно (экран необходимо при этом переместить и «поймать» отраженный луч). Затем на пути луча (после объектива, который тоже придется переместить) поместить поляроид. Медленно вращая поляроид вокруг главной оптической оси, наблюдают частичное гашение света (это означает, что отраженный от зеркала луч света оказывается поляризованным).

5. Для демонстрации явлений поляризации света при преломленииприменяют в качестве поляризатора стопку стеклянных пластин. Установку собирают следующим образом. На оптической скамье перед конденсором расположить стопку пластин, а затем - поляроид и объектив. Сфокусировать источник света, перемещая объектив. Вращая стопку пластин вокруг главной оптической оси, наблюдают на экране постепенное изменение освещенности светового пятна.

6. Для демонстрации явлений двойного лучепреломленияисландского шпата вблизи линзы конденсора установить диафрагму с отверстием не более 1 мм. С помощью объектива получить на экранечеткоеизображение отверстия диафрагмы. Затем расположить кристалл исландского шпата непосредственно за диафрагмой и, наведя объектив на фокус, получить на экране два четких изображения диафрагмы (т.е. проекции обыкновенного и необыкновенного лучей света). Для того чтобы при вращении кристалла в плоскости, параллельной диафрагме, обыкновенный луч не смещался (его изображение на экране должно оставаться все время на месте), а другое изображение двигалось по окружности вокруг первого, необходимо кристалл и диафрагму тщательноотцентрировать.

Дальше нужно показать, что плоскости поляризации у обыкновенного и необыкновенного лучей взаимно перпендикулярны. С этой целью перед объективом установить поляроид и медленно поворачивать его на угол 90⁰. На экране будет наблюдаться поочередное гашение изображений, которые получаются как от обыкновенного, так и от необыкновенного лучей.

7. Для демонстрации явления интерференциив поляризованном свете препарат из целлофана в диапозитивной рамке предварительно спроектировать при помощи объектива на экран. Затем препарат из целлофана поместить между двумя поляроидами, повернутыми на гашение света. На экране появятся яркие интерференционные цвета. Медленно поворачивая один из поляроидов, наблюдают постепенное изменение окраски изображения. На основе теории дать объяснение наблюдаемому явлению.

8. Демонстрация явления анизотропиив сжатом стекле. Для этого между двумя поляроидами установить модель рельса или балку из органического стекла. Получить резкое изображение модели рельса (балки) на экране. Затем, повернув поляроиды, добиться полного затемнения поля экрана. Далее, медленно вращая винт, сдавить рельс (согнуть балку) и вызвать в нем напряжения, которые обнаруживаются на экране в виде ярких линий неправильной формы (часто окрашенных), пересекающих изображение рельса (балки).

9. Результат каждого эксперимента необходимо продемонстрировать преподавателю. Соответствующие наблюдения в развернутом виде записать в выводах, сопроводив схематическими зарисовками.