optica-metod / Lab14

совершаются эти колебания в направлениях, перпендикулярных распространению этой волны.

Колебание электронов в данном случае удобно представить как суперпозицию колебания двух элементарных излучателей, оси которых направлены по двум взаимно перпендикулярным направлениям а и b (рис.

11).

Каждый из этих излучателей возбуждает вторичную световую волну. Интенсивность волны зависит от направления и имеет максимальное значение по направлению, перпендикулярному к линии колебания излучателя (рис.12). Интенсивность излучения вдоль оси излучателя равна нулю

Рис.12.

Простой анализ показывает, что в случае, когда а+β=90°, т.е. α равен углу Врюстера, интенсивность излучения α - излучателей по направлению ОВ равно нулю. Это соответственно говорит о том что отраженный свет полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа.

В общем случае отраженный свет является частично поляризованным и степень его поляризации зависит от угла а

Проверка законов Малюса и Брюстера

Устройства, служащие для анализа степени поляризации света, называются анализаторами. В качестве анализаторов используют те же устройства, что и для получения линейно -поляризованного света (призма Николя поляроиды и т.д.).

Рассмотрим установку (рис, 13), состоящую из источника света, двух поляроидов П и A и фотоэлемента. Пройдя сквозь первый поляроид (поляризатор), свет становится плоско поляризованным. Второй поляроид A (анализатор) может пропускать только те колебания, которые совпадаю с его главной осью. При совпадении главных плоскостей поляризатора и анализатора интенсивность проходящего света будет максимальной.

11

Рис.13.

Интенсивность падающего света на фотоэлемент, измеряемая с помощью микроамперметра (J~i).

Если анализатор повернусь таким образом, чтобы его главная плоскость составила угол 90° с главной плоскостью поляризатора, то интенсивность проходящего света будет равна нулю. Такое положение поляроидов называется скрещенным.

В том случае, когда главные плоскости поляроидов составляют между собой угол φ, интенсивность проходящего света будет принимать промежуточное значение. Найдем зависимость между интенсивностью J и углом φ

Пусть Ep (рис.14) -амплитуда вектора напряженности колебания, пропускаемого поляризатором. AA - главная плоскость анализатора. Амплитуду Ер можно разложить на две взаимно перпендикулярные составляющие ЕА и Е┴ ,одна из которых совпадает с главной плоскостью анализатора. Колебания, перпендикулярные главной плоскости АА не проходят через анализатор. Амплитуда выходящего света (рис.14)

ЕА=Ер cos(φ)

Так как интенсивность пропорциональна квадрату

12

амплитуды, то

J= Jo cos (φ) (закон Малюса), где J0 - интенсивность света в случае совпадения главных плоскостей поляроидов (J~E2 и J0~E2p).

Поскольку фототок i в цепи фотоэлемента пропорционален интенсивности света J, то

можно записать J/J0=i/i0.

Установка для проверки закона Брюетера приведена на рис.

рис. 15.

В данном случае поляризатором является диэлектрическая пластина. Степень поляризации отраженного луча анализируется с помощью призмы Николя. Интенсивность падающего света на фотоэлемент измеряется с помощью микроамперметра (J~i). Угол падения а выставляется с помощью установочных винтов. Отсчет угла а проводится по шкале (а — γ1+γ2/2 рис.15). При повороте анализатора на 90° показания микроамперметра изменятся от

imin До imax- Углом Брюстера является угол aбр. при котором показания микро амперметра равны нулю (наиболее близки).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Проверка закона Малюса

Задание1.

1 . Вращая анализатор, добиться максимального отклонения стрелки микро амперметра, что соответствует случаю, когда угол φ между главными плоскостями поляризатора и анализатора равен нулю. Записать в таблицу показание микроамперметра i0 соответствующее углу φ=0.

2.Повернуть анализатор на 10°. Показание микроамперметра занести в таблицу.

3.Измерения выполнить, изменяя угол φ от 0 до 1 80°.

4.Провести повторные измерения i в зависимости от φ, следуя пунктам 1,2,3. Результаты занести в таблицу.

13

5. Определить средние значения iср (φ).

6. Рассчитать iср (ϕ) и занести в таблицу.

i0ср

7. Рассчитать теоретические значения J/ Jo=cos (р и занести в таблицу.

8.Построить:

a.график зависимости iср/i0ср от угла φ(экспериментальный),

b.график зависимости cos2 φ от угла φ ( теоретический),.

9.Сравнить график, сделать выводы.

λ2 на две равные части (λ1+λ2=900).B этом случае угол падения a= λ1+λ2/2

2.Вращая поляризатор убедиться, что свет поляризован и добиться минимального показания микроамперметра.

3.Увеличивая λ угол на 5° и повторяя п. 1 вращением анализатора добиться минимальных показаний микроамперметра. ( Помнить, что a= λ1+λ2/2) Измеренные величины а и i2 занести в таблицу.1

4.Выбрать из таблицы угол, при котором показания микроамперметра минимальны.

14

5.В серии из трех-четырех попыток найти угол, при котором показания микроамперметра равны нулю (наиболее близки). Результаты занести в таблицу 2

6.Определив aбр, ср вычислить показатель преломления.

Контрольные вопросы

1.Какой свет называется плоскополяризованным и чем он отличается от естественного?

2.Что такое плоскости поляризации и колебаний?

3.Какие вещества называются анизотропными?

4.В чем состоит явление двойного лучепреломления?

5.Что такое оптическая ось, главное сечение кристалла?

6.Какова роль поляризатора и анализатора?

7.Как выводиться закон Малюса?

8.Устройство призмы Николя и других поляроидов.

9.В чем заключается закон Брюстера?

Литература

1. Зисман Г.А. и Тодес О.М. Курс общей физики Т.З, М: Наука, 1970,§17,18Л9.

2.Савельев И.В. Курс общей физики. Т.З, М: Наука,1968.§28,29,30.

3.Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. Т. 3, М: Высшая школа,

1979.§8.1,8.2.4.2.

15