Упражнение 1. Получение и исследование поляризованного света

1. На оптической скамье разместить приборы в соответствии с рисунком 4 а: источник света (ИС), поляроид (П), объектив (О), экран (Э).

ИС

П О Э

Рис.4 а. Схема размещения приборов в упражнении 1.

2. Перемещая поляроид (поляризатор) и объектив вдоль оптической скамьи, добиться четкой картины на экране в виде освещенного круга. Вращая поляризатор относительно горизонтальной оси, наблюдать за освещенностью экрана. Убрав поляроид, отметить характер изменения освещенности экрана.

3. Пояснить наблюдающиеся картины векторными диаграммами. Заменив первый поляроид другим, провести те же наблюдения, убедившись, что результат не изменится.

4. Разместить на оптической скамье приборы в соответствии с рисунком 4 б: источник света (ИС), поляроид (данный поляроид выполняет роль поляризатора) (П), второй поляроид (второй поляроид выполняет роль анализатора) (А), объектив (О), экран (Э).

13

ИС

П А О Э

Рис.4 б. Схема размещения приборов в упражнении 1

5. Добиться четкого изображения на экране в виде освещенного круга.

6. Оставляя поляризатор неподвижным, вращать анализатор относительно горизонтальной оси и наблюдать за освещенностью экрана.

7. Отметить произвольное положение шкалы поляризатора, занеся значение угла в таблицу 1.

8. Вращая анализатор относительно горизонтальной оси, отмечать отсчеты на шкале анализатора, соответствующие максимальной и минимальной освещенности экрана. Данные занести в таблицу 1.

9. Изменив положение поляризатора, занести отсчет по шкале в таблицу 1. Повторить измерения п.8.

10. Еще раз изменив положение поляризатора, занести отсчет по шкале в таблицу 1. Повторить измерения п.8.

11. Объяснить наблюдающуюся закономерность на основании закона Малюса (формула (1)).

Таблица 1

Исследование поляризованного света

Угол на	Угол на	Угол на	Угол на	Угол на
шкале П	шкале А	шкале А	шкале А	шкале А
	макс.осв.	мин.осв.	макс.осв.	мин.осв.

14

Упражнение 2. Исследование свойств обыкновенного и необыкновенного лучей, полученных с помощью двояко преломляющего кристалла.

Разместить на оптической скамье приборы в соответствии с рисунком 4 в: источник света (ИС); диафрагма (Д); двояко преломляющий кристалл (ДПК); объектив (О); экран (Э). Диафрагма и двояко преломляющий кристалл смонтированы вместе (Д+ДПК), поэтому кристалл должен быть размещен на стойке так, чтобы та его грань, которая закрыта диском (диск выполняет роль диафрагмы), была обращена к источнику света. При этом свет должен проходить через самое маленькое отверстие в диске.

е

ИС о

Д+ДПК О Э

Рис. 4 в. Схема расположения приборов в упражнении 2.

2. Перемещая кристалл вдоль оптической скамьи, добиться четкого изображения двух светящихся точек на экране, т.е. изображений обыкновенного и необыкновенного лучей.

3. Вращая кристалл относительно горизонтальной оси, определить, какой из лучей является обыкновенным, а какой необыкновенным (при этом необыкновенный луч вращается вокруг обыкновенного).

4. Поместить между двояко преломляющим кристаллом (Д+ДПК) и объективом (О) анализатор (А). Вращая анализатор относительно горизонтальной оси, отмечать углы на его шкале, которые соответствуют максимумам и минимумам интенсивности обыкновенного и необыкновенного лучей. Данные занести в таблицу 2 в графу "Без поляризатора".

5. Разместить на оптической скамье приборы в следующей последовательности в соответствии с рисунком 4 г: источник света (ИС); поляризатор (П); анализатор (А); объектив (О); экран (Э). Вращая один из

15

поляроидов относительно горизонтальной оси, добиться минимальной освещенности экрана. Это соответствует положению поляроидов с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации (скрещенные поляроиды).

ИС

П А

Д+ДПК О Э

Рис.4 г. Схема расположения приборов в упражнении 2.

6. Уже собранную схему дополнить двояко преломляющим кристаллом с диафрагмой (Д+ДПК), поместив его между поляризатором (П) и анализатором (А). Вращая кристалл относительно горизонтальной оси, отметить углы его поворота, соответствующие максимумам и минимумам интенсивности обыкновенного и необыкновенного лучей. Данные занести в таблицу 2 в графу "Скрещенные поляроиды".

7. Повторить опыт, но перед этим, вращая один из поляроидов, настроить поляроиды на максимальную освещенность экрана (плоскости поляризации обоих поляроидов параллельны). Данные занести в таблицу 2

в графу "Параллельные поляроиды".

Упражнение 3. Изучение распределения механических напряжений в балке и пластинке с помощью поляризованного света.

1. Разместить на оптической скамье приборы в соответствии с рисунком 4 д в следующем порядке: источник света (ИС); поляризатор (П); балка (Б) (балка также укреплена в стойке); анализатор (А); объектив (О).

2. Перемещая экран или балку, добиться четкого изображения балки на экране.

3. Осторожно слегка сжать балку с помощью винта.

4. Полученную картину зарисовать. Поясните наблюдающуюся закономерность

16

Таблица 2

Исследование двойного лучепреломления

Взаимное
расположение	-	-	-	-		-	-	-	-
поляроидов
	Обыкновенный луч				Необыкновенный луч
	макс.	мин.	макс.	мин.		макс.	мин.	макс.	мин.
Без
поляризатора
Скрещенные
поляроиды
Параллельные
поляроиды

( ) - разница углов по шкалам поляризатора и анализатора.

ИС

П А

Б О Э

Рис.4 д. Схема расположения приборов в упражнении 3.

17

Упражнение 4. Поляризация при отражении от диэлектрика.

Р асположить на оптической скамье приборы в следующей последовательности: источник света, диафрагму (Д) с отверстием 10 мм, объектив (О) и диэлектрическое зеркало (ДЗ) (см. рис.4 д).

ИС

Д ДЗ

Д П О

Рис.4 е . Схема расположения приборов в упражнении 4.

2. Между зеркалом и экраном расположить поляроид, сначала держа его в руке. Луч должен проходить через поляроид перпендикулярно его поверхности. Вращая поляроид относительно оси, параллельной лучу, убедиться, что пятно на экране меняет свою яркость, т.е. свет, отраженный от зеркала частично поляризован.

3. Укрепить поляроид на оптической скамье между источником света и объективом, таким образом, на зеркало будет падать поляризованный свет. Вращая поляроид относительно оси, параллельной лучу, убедиться, что интенсивность отраженного от зеркала света изменяется, поскольку при падении на зеркало поляризованного света зеркало отражает преимущественно ту часть волны, в которой световой вектор перпендикулярен плоскости падения.

4. Поворачивая плоское зеркало на небольшой угол относительно оси, перпендикулярной направлению падающего луча (перпендикулярной плоскости рис.4 е) и вращая поляризатор, найти такое положение зеркала, при котором происходит наиболее полное гашение светового пятна на экране. По шкале, укрепленной на держателе зеркала, определить угол падения луча на зеркало -угол Брюстера . Измерения провести пять раз, каждый раз заново находя положение, соответствующее наибольшему гашению светового пятна на экране. Результаты записать в таблицу 3.

18

5. Рассчитать случайную ошибку измерений по методу Стьюдента для доверительной вероятности 0,95.

6. По закону Брюстера (формула 2) рассчитать показатель преломления n вещества, из которого сделано зеркало.

7. Вычислить погрешность показателя преломления по формуле:

где - угол Брюстера, - среднее значение угла Брюстера из таблицы 3.

Результат записать в виде:

.

Таблица 3

Измерения угла Брюстера

Nn.n.	1	2	3	4	5

Упражнение 5. Интерференция поляризованных лучей.

1. Собрать схему для наблюдения интерференции поляризованных лучей на оптической скамье в соответствии с рисунком 4 ж: источник света ИС); поляризатор (П); слюдяную пластинку (СП) с переменной толщиной; анализатор (А); объектив (О); экран (Э).

2. Получить на экране четкую окрашенную картину.

3. Вращая анализатор, наблюдать за изменением окраски картины.

4. Зарисовать распределение цветов до и после поворота анализатора на 90°

При зарисовывании цветов экрана следует использовать цветные карандаши.

При записи результатов каждого из упражнений зарисовать схему расположения приборов на оптической скамье.

19

ИС

П СП А О Э

Рис.4 ж. Схема расположения приборов в упражнении 5.

Рекомендация:

при проведении двухчасового занятия рекомендуется выполнять упражнения 1 и 2; при четырехчасовом занятии - все упражнения.