Игнатов Лабораторный практикум

5. Перекрыв пучок лазерного излучения, еще раз уточните величину фона I0 .

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ

1.Определите степень поляризации излучения.

2.По результатам измерений (см. табл. 4.22.1) определите

среднее значение тока фотоэлемента I для каждого значения α и его погрешность.

3. По результатам измерений (см. табл. 4.22.1) определите угол

ϕмежду плоскостью пропускания анализатора и плоскостью ко-

лебаний электрического поля падающей волны при различных значениях α.

4. Оцените погрешность cos2 ϕ, используя цену деления транспортира.

ложительных и отрицательных α.

2.Cделайте выводы о характере поляризации лазерного излучения.

3.Cделайте вывод о направлении плоскости поляризации лазерного луча.

4.Cделайте вывод о выполнении закона Малюса.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Запишите уравнения электромагнитной волны.

2.Перечислите свойства электромагнитных волн.

3.Чем линейно-поляризованный свет отличается от естественного?

191

4.Что называется плоскостью поляризации света?

5.Выведите закон Малюса.

6.Как практически можно отличить линейно-поляризованный свет от естественного?

7.Объясните принципы действия поляризационного устрой-

ства.

8.Как рассчитать интенсивность прошедшей через поляризатор плоскополяризованной световой волны?

9.Каким образом можно повернуть плоскость поляризации на

угол ϕ?

10. Как определить угол ϕ между плоскостью пропускания анализатора и плоскостью колебаний электрического поля падающей волны при различных значениях α?

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 4. М., 2007.

2.Матвеев А.Н. Оптика. М.: Высшая школа, 1989; Оникс, Мир

иОбразование, 2007.

3.Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Физматлит, 2003.

4.Иродов И.Е. Волновые процессы. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2004.

Дополнительная

1.Компьютерный курс «Открытая физика 2.5, часть 1», Сетевая версия (build 050204), на компакт-диске, OOO «ФИЗИКОН», 2004.

2.Березина О.Я., Чудинова С.А. Поляризация света. Закон Малюса. Методические указания. Петрозаводск: Петрозаводский государственный университет, 2007.

192

ность хода, линейно-зависящую от оптической длины пути. Если показатели преломления для волн с правой и левой циркулярной

поляризацией равны n+ и n− соответственно, то плоскость поляризации линейно-поляризованного монохроматического света с длиной волны λ, прошедшего в среде путь l, повернется на угол

Δϕ = πl (n+ −n− ) .

λ

В области не слишком сильных магнитных полей разность (n+ − n− ) линейно зависит от величины индукции магнитного поля, и для угла поворота справедлива следующая формула:

где B – величина магнитной индукции постоянного магнитного поля, а V (λ) – постоянная Верде, которая определяется свойствами

среды и зависит от длины волны света λ и температуры T. В случае пространственно неоднородного магнитного поля под величиной B в формуле (4.23.1) следует понимать среднее значение проекции

магнитной индукции Bk на направление распространения света.

Зависимость постоянной Верде от длины волны света описывается следующей эмпирической формулой:

где n = n(λ) – показатель преломления света веществом в отсутст-

вии магнитного поля. Для стекла (тяжелый флинт) константы, соответственно, равны:

A =15,71 · 10– 7 рад/Тл,

B = 6,34 · 10–19 рад·м2/Тл

и

λ0 =156,4 нм.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Схема установки для исследования эффекта Фарадея показана на рис. 4.23.1.

194

На задней панели прибора расположен тумблер включения/выключения сетевого питания.

Перечислим основные технические характеристики тесламетра. Диапазоны измерения:

•0–20 мТл (разрешение 0,01 мТл);

•0–200 мТл (разрешение 0,1 мТл);

•0–1000 мТл (разрешение 1 мТл). Основная приборная погрешность:

•при постоянном магнитном поле ±2%;

•при переменном магнитном поле (50–500 Гц) ±2%;

•при переменном магнитное поле (500–1000 Гц) ±3%. Тесламетр предназначен для работы в комплекте с датчиками

Холла: аксиальным или тангенциальным.

В данной работе используется аксиальный датчик Холла 10 (см.

рис. 4.23.2).

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении работы необходимо соблюдать правила техники безопасности при работе с электричеством. Вносить изменения в схему можно только при выключенном источнике питания. Во избежания порчи установки сила тока через электромагнит не должна превышать предельно допустимого значения 4 А.

ЗАДАНИЯ

Задание 1. Исследование распределения магнитного поля между полюсами электромагнита

1. Соберите установку так, как показано на рис. 4.23.1, не помещая при этом образец в установку. Включите источник питания и тесламетр. Вращая ручку источника питания, установите силу тока, текущего через электромагнит, равной 0,5 А. При помощи щупа датчика Холла с шагом 5 мм измерьте величину магнитной индукции вдоль линии, соединяющей полюса электромагнита. Результаты занесите в табл. 4.23.1.

197

Таблица 4.23.1

I = 0,5 А

x, мм

В, мТл

2. Повторите действия п. 1 для семи различных значений силы тока через электромагнит в диапазоне от 0,5 до 4 А с шагом 0,5 А. Результаты занесите в таблицы, построенные аналогично табл. 4.23.1.

Задание 2. Исследование зависимости угла поворота плоскости поляризации от величины магнитной индукции

1. Поместите один из светофильтров на пути пучка света. Расположите образец между скрещенными поляризатором и анализа-

тором. Для этого поверните плоскость анализатора на угол 90° относительно плоскости поляризатора. На экране должно наблюдаться максимальное затемнение.

2. С помощью источника питания установите значение силы тока через электромагнит, равное 0,5 А. На экране будет наблюдаться просветление пятна. Повернув плоскость анализатора, получите максимальное затемнение. Зафиксируйте положение анализатора (положение 1). С помощью переключателя измените направление магнитного поля на противоположное. Вращая плоскость поляризатора в обратную сторону, заново получите максимальное затемнение пятна на экране. Снова зафиксируйте положение анализатора (положение 2). Определите угол 2 ϕ между первым и вторым по-

ложениями плоскости анализатора.

3. Повторите действия п. 2 для семи различных значений силы тока через электромагнит в диапазоне от 0,5 до 4 А с шагом 0,5 А. Результаты занесите в табл. 4.23.2.

Таблица 4.23.2

λ =

I , A

2 ϕ, град.

B , мТл

198

4. Повторите задания пп. 1–3 для пяти различных светофильтров. Данные занесите в таблицы, построенные аналогично табл. 4.23.2.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. По данным, полученным в задании 1, для каждого значения силы тока I постройте график зависимости величины магнитной индукции B в зазоре от расстояния x. Вычислите среднее значение

B при каждом значении силы тока через электромагнит. Постройте график зависимости B от I.

2. На основе полученных в задании 2 результатов для каждого значения длины волны постройте график зависимости угла поворота Δϕ от среднего значения индукции магнитного поля в зазоре

B . Считая зависимость – линейной, найдите угловой коэффициент прямой и определите постоянную Верде V (λ) образца для каждой длины волны. Длина образца l = 30 мм.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1.Сравните полученную зависимость угла поворота плоскости поляризации от величины индукции магнитного поля с теоретически ожидаемой зависимостью (см. формулу (4.23.1)). Сделайте вывод о соответствии (4.23.1).

2.Используя данные п. 2 задания 2, постройте график зависимо-

сти постоянной Верде V от длины волны света λ .

3. Сравните полученную экспериментальную зависимость постоянной Верде от длины волны света с эмпирической формулой (4.23.2). При построении эмпирической зависимости (4.23.2) показатель преломления света можно считать постоянным и равным 1,82. Сделайте вывод о применимости формулы (4.23.2).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое эффект Фарадея?

2.В чем состоит феноменологическое объяснение эффекта Фарадея?

199

3.При каких условиях угол поворота плоскости поляризации линейно зависит от величины магнитной индукции?

4.От каких величин зависит постоянная Верде?

5.Постройте качественный график зависимости постоянной Верде от длины волны света.

6.Что такое линейно-поляризованный свет? Как его можно получить?

7.Как следовало бы модифицировать данную лабораторную работу, чтобы магнитное поле можно было считать однородным?

8.Для чего в данной работе используется анализатор?

9.Что измеряют с помощью датчиков Холла?

10.Зачем в данной работе используются светофильтры?

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 4. Волны. Оптика. М.: Астрель, АСТ, 2003.

2.Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. М.: Лаборатория базовых знаний, 2006.

3.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 4. Оптика. М.: Физмат-

лит, 2006.

Дополнительная

1.Бутиков Е.И. Оптика. СПб.: Невский диалект, 2003.

2.Калитеевский Н.И. Волновая оптика. М.: Лань, 2007.

3.Матвеев А.Н. Оптика. М.: Высшая школа, 1985.

4.Калашников Н.П., Смондырев М.А. Основы физики. Т. 2. М.:

Дрофа, 2003.

5.Белонучкин В.Е., Заикин Д.А., Ципенюк А.М. Основы физики. Курс общей физики. Т. 1. Механика, электричество и магнетизм, колебания и волны, волновая оптика. М.: Физматлит, 2001.

200