Министерство образования Российской Федерации
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени А.Н. Туполева
Кафедра общей физики
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 66К
Проверка закона Малюса Казань 2002
РАБОТА № 66
ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА
Задание к работе: изучить явление поляризации света; сопоставить результаты с теоретическим расчетом, показать справедливость закона Малюса.
Поляризация света
С точки зрения электромагнитной теории свет представляет собой поперечную электромагнитную волну, т.е. волну, в которой колебания вектора напряженности электрического (Е) и магнитного (Н) полей происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях перпендикулярно направлению распространения волны.
Световая волна, идущая от любого источника света, слагается из множества цугов волн (ограниченных электромагнитных волн), испускаемых отдельными атомами. Плоскости колебаний для каждого цуга ориентированы случайным образом. Поэтому в результирующей волне колебания различных направлений представлены с равной вероятностью. Таким образом, в естественном свете колебания различных направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга.
Свет, в котором направления колебаний упорядочены каким-либо образом, называется поляризованным. Свет, в котором колебания электрического (Е) и магнитного (Н) векторов происходят во вполне определенных взаимно перпендикулярных плоскостях, называется плоскополяризованным.
Плоскость, в которой происходят колебания вектора напряженности электрического поля Е, называется плоскостью колебаний. Плоскость, в которой меняется магнитный вектор Н, называется плоскостью поляризации.
Поляризованные лучи можно получить, если пропускать свет через анизотропные среды. Анизотропными называются такие среды, свойства которых по различным направлениям различны. Такими средами для света являются кристаллические тела невысокой степенью симметрии, например, кристалл исландского шпата CaCO3.
Естественный луч,входя в кристалл, преломляется. При этом он разделяется на два луча (рис.1). Один из лучей (обыкновенный) испытывает такое же преломление,какое луч света испытывает на границе раздела двух изотропных сред. Показатель преломления остается постоянным при любом угле падения на кристалл, т.е. для обыкновенного луча имеет место равенство
,
где V1- скорость распространения света в первой среде; V2 – скорость распространения света во второй среде. Следовательно,обыкновенный луч распространяется в кристалле по всем направлениям с одинаковой скоростью. Другой луч Н (необыкновенный) испытывает необычное преломление. Показатель преломления для него зависит от угла падения,т.е. для необыкновенного луча
.
Следовательно,скорость распространения необыкновенного луча в кристалле по различным направлениям различна.
В кристалле исландского шпата имеется одно направление,распространяясь параллельно которому,луч света не разбивается на два,т.е. скорости распространения обыкновенного лучей в данном направлении одинаковы. Это направление называется оптической осью кристалла.
Плоскость,проходящая через направление луча и направление оптической оси, называют главным сечением кристалла.
Исследования показали,что оба луча(обыкновенный и необыкновенный) оказываются поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях. В обыкновенном луче колебания вектора E направлены перпендикулярно главному сечению кристалла (на рис. 1 изображены точками). В необыкновенном луче колебания вектора Е совершаются в плоскости главного сечения (на рис.1 изображены черточками). Неполяризованный луч на чертежах принято изображать чередующимися точками и черточками.
Выходя из кристалла, оба луча идут в направлении, параллельном падающему лучу, и обладают одинаковыми свойствами (необычные свойства необыкновенного луча проявляются лишь внутри кристалла). Эти лучи при выходе из кристалла будут отличаться лишь направлениями колебания вектора Е.
Устройства, служащие для преобразования естественного света в поляризованной, называется поляризаторами. Устройства, служащие для обнаружения поляризации света, называются анализаторами.
В качестве поляризатора и анализатора может быть использована призма Николя. Призма Николя вырезается из кристалла исландского шпата, ей придается определенные размеры (длинное плечо в 3,75 раза больше короткого ). Призму распиливают по плоскости , перпендикулярной к обоим основаниям . Плоскость распила полируется, а затем склеивается канадским бальзамом.
Сечение призмы имеет вид, изображенный на рис.2. Падающий на призму Николя естественный свет разделяется на два световых луча, поляризованных в разных плоскостях, распространяющихся с различными скоростями в кристалле, т.е. показатели преломления их будут различными (n0=1.658, nH=1.486) . Показатель преломления канадского бальзама n=1.550 .Специальная форма Николя приводит к тому, что один из лучей, обыкновенный, падает на слой бальзама под углом больше предельного и испытывает явление полного внутреннего отражения. Обычно этот луч поглощается в оправе призмы. Второй луч, необыкновенный, свободно проходит через слой канадского бальзама и выходит из призмы параллельно падающему лучу. Таким образом, в результате прохождения естественного света через призму Николя получается плоскополяризованный свет, плоскость колебаний которого параллельна плоскости главного сечения в кристалле.