Оптика (виртуальные модели). Методические указания к лабораторным работам для студентов всех направлений подготовки, реализуемых НИУ МГСУ

рый угол Δφ. Первый поляроид играет роль поляризатора. Он превращает естественный свет в линейно поляризованный. Второй поляроид служит для анализа падающего на него света.

Если на пути естественного света с интенсивностью J0 поставить поляризатор, то из него выйдет плоско поляризованный свет, интенсивность которого составляет JП = J0/2. После прохождения плоско поляризованного света через второй поляроид (анализатор) его интенсивность будет зависеть от угла Δφ между разрешенными направлениями уу´ обоих поляроидов JА = J0/2 cos2 Δφ. Это закон Малюса. Интенсивность света будет максимальной, если главные плоскости параллельны (Δφ = 0°) , и равна нулю, когда они скрещены (Δφ = 90°).

Если поляризатор вращать вокруг направления луча, то для частично поляризованного света наблюдается изменение интенсивности

линейно поляризованного света Р = 1, для частично поляризованного Р может принимать значение от 0 до 1.

ХОД РАБОТЫ:

Часть 1. «Поляризация света».

Запустите программу «Открытая физика 1.1», выберите «Оптика» и «Поляризация света».

Эксперимент: Исследование результата сложения двух плоских волн одной и той же частоты линейно-поляризованных в двух взаимноперпендикулярных направлениях.

1.Подведите маркер мыши к движку регулятора длины волны монохроматического света, нажмите левую кнопку мыши и, удерживая ее

внажатом состоянии, двигайте движок, установите численное значение длины волны λ = 540 нм. Это значение останется неизменным до конца эксперимента.

2.Аналогичным образом, зацепив мышью движок регулятора отношения амплитуд ЕХ/ЕУ, установить числовое значение равное 1.

3.Аналогичным образом, зацепив мышью движок регулятора разности фаз Δφ для составляющих ЕХ и ЕУ, установить первое числовое

значение разности фаз Δφ = 0.

4. Подведите маркер мыши к кнопке в заголовке окна, нажмите левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, наблюдайте образование поляризованной волны, как результат сложения двух плоских волн одной и той же частоты линейно-поляризованных в двух вза-

21

имно-перпендикулярных направлениях. Зарисуйте в конспект наблюдаемую картину ― две исходные электромагнитные волны с заданным значением ЕХ/ЕУ и Δφ, результат их сложения и эллипс поляризации.

5.Не изменяя значения ЕХ/ЕУ = 1, установленного в п. 2, повторить выполнение пунктов 3 и 4 для новых численных значений разности фаз

Δφ = π/2, π, 3π/2, 2π.

6.Установить новые численные значения ЕХ/ЕУ = 0,5; Δφ = 0.

7.Не изменяя значения ЕХ/ЕУ = 0,5, установленного в п. 6, повторить выполнение пп. 3 и 4 для новых численных значений разности фаз

Δφ = π/2, π.

8.Установить новые численные значения ЕХ/ЕУ = 0 (здесь ЕХ = 0),

Δφ = 0.

9. Не изменяя значения ЕХ/ЕУ = 0, установленного в п. 8, повторить выполнение пп. 3 и 4 для новых численных значений разности фаз Δφ = π/2, π.

Оформление отчета.

Выполнить рисунки по результатам наблюдения в п. 4 при различных соотношениях значений амплитуд ЕХ/ЕУ и разности фаз Δφ:

1.ЕХ/ЕУ = 1, Δφ = 0, π/2, π, 3π/2, 2π.

2.ЕХ/ЕУ = 0,5, Δφ = 0, π/2, π.

3.ЕХ/ЕУ = 0 (ЕХ = 0), Δφ = 0, π/2, π.

Для каждого случая рисунки содержат:

1. Две исходные плоские волны одной и той же частоты лине й- но-поляризованные в двух взаимно-перпендикулярных направлениях ЕХ (t) и ЕУ (t).

2.Результат их сложения Е (t) = ЕХ (t) + ЕУ (t).

3.Эллипс поляризации с указанием направления вращения вектора

Ево времени.

Часть 2. «Поляроиды».

Запустите программу «Открытая физика 1.1», выберите «Оптика» и «Поляроиды».

1. Подведите маркер мыши к линии 1–1 первого поляроида (поляризатора), нажмите левую кнопку мыши и, удерживая ее, вращайте поляризатор. Вы увидите, как будет меняться значение угла φ1 , одновременно будет изменяться значение интенсивности J на экране за поляроидами и в окошке под рисунком.

2. Подведите маркер мыши к линии 2–2 второго поляроида (анализатора), нажмите левую кнопку мыши и, удерживая ее, вращайте анализатор. Вы увидите, как будет меняться значение угла φ2, одновре-

22

менно будет изменяться значение интенсивности J на экране за поляроидами и в окошке Значение интенсивности в этом случае будет зависеть от угла Δφ = φ2 – φ1 между разрешенными направлениями 1–1 и 2–2 обоих поляроидов, т.е. Δφ ― это угол между главными плоскостями анализатора и поляризатора. Считать, что коэффициент пропускания поляризатора и анализатора П = А = 1. Тогда J = 0,5 J0 cos2 Δφ.

3.Подведите маркер мыши к движку регулятора угла φ1. Нажмите левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, переме-

щайте движок. Установите численное значение угла φ1 =0. В дальнейшем это значение изменяться не будет.

4.Аналогичным образом, зацепив мышью движок регулятора угла

φ2, установить его числовое значение равное нулю. Поскольку φ1 = 0 , то устанавливаемое значение угла φ2 всегда будет соответствовать зна-

чению Δφ между разрешенными направлениями 1–1 и 2–2 обоих поляроидов. Для Δφ = φ2 = 0 значение интенсивности света, прошедшего через два поляроида, максимально J = 0,5 J0.

5.Установить новое числовое значение угла φ2 = 10°. Записать в табл. 1 с экрана значение интенсивности J = 0,5 J0 cos2 Δφ для данного значения угла φ2.

6.Установить новые числовые значения угла φ2 с интервалом 10°

из табл. 10. Повторить измерения интенсивности света по п. 5.

23

Обработка результатов и оформление отчета:

1.Вычислить и записать в табл. 10 значения J/0,5 J0, cos Δφ, cos2Δφ.

2.Построить на одном рисунке в одинаковом масштабе графики

экспериментальной зависимости f1 = J/0,5 J0 и теоретической f1 = cos2Δφ.

Вопросы и задания для самоконтроля

1.Какой свет называют плоско поляризованным?

2.В чем заключается отличие поляризованного и частично поляризованного света от естественного?

3.Определить, при каких соотношениях амплитуд ЕХ /ЕУ, частот и

фаз при наложении двух плоских волн, линейно поляризованных в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, получается свет:

а) линейно-поляризованный; б) поляризованный по кругу;

в) эллиптически поляризованный.

Для каждого случая выполнить рисунок.

4. Записать формулу и определить степень поляризации света: а) естественног; б) линейно-поляризованного;

в) поляризованного по кругу; г) частично поляризованного.

5.В чем состоит явление двойного лучепреломления?

6.Перечислить свойства обыкновенного и необыкновенного лучей.

7.Какое устройство называют поляроидом?

8.В чем заключается различие между анализатором и поляризатором?

9.Записать закон Малюса с пояснением используемых обозначений.

10.Призму Николя (николь) поместили на пути:

а) естественного света; б) линейно поляризованного света;

в) света, поляризованного по кругу.

Определить интенсивность света, прошедшего через николь, при повороте его на 60° от первоначального, соответствующего максимальному пропусканию света.

24

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Детлаф, А.А. Курс физики / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. М. : Высшая школа, 2009.

2.Джанколи, Д. Физика : в 2 т. / Д. Джанколи. М. : Мир, 1989.

3.Ландсберг, Г.С. Оптика. М . : Наука 1976.

25