lab_opt / Лаб раб № 117
.pdf
|
|
|
11 |
|
|
вый поляризатор |
пропустит |
|
|
|
|
свет, электрический вектор E0 |
|
|
А1 |
||
|
|
|
|||
которого параллелен его плос- |
|
R |
А2 |
||
кости пропускания ОА1. Обо- |
|
E0 |
|||
|
|
||||
значим через I0 интенсивность |
|
|
|
||
этого света (I ~ |
E |
2 ). Разложим |
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
E0 на вектор E|| , |
параллельный |
|
|
R |
|
|
|
E |
|||
плоскости ОА2 |
второго поля- |
|
|
||
R |
|
ϕ |
|||
роида, и вектор E , перпенди- |
E |
|
|||
|
|
||||
кулярный к ней ( E0 = E|| + E ). |
|
|
|
||
Составляющая E будет за- |
Рис. 6 |
|
О |
||
держана вторым |
|
поляризатор. |
|
|
|
Через оба поляризатора пройдет свет с электрическим вектором E = E|| , длина которого E = E|| = E0 соs ϕ . Интенсивность света (I ~ E2), прошедшего через оба поляризатора, будет
I = I0 соs2 ϕ, |
(17) |
где ϕ – двугранный угол между плоскостями пропускания поляризаторов.
Такое соотношение (17) справедливо для любого поляризатора и анализатора. Оно называется законом Малюса (1775 – 1812).
Максимальная интенсивность в (17), равная I0, получается при ϕ = 0 (плоскости пропускания поляроидов параллельны).
При ϕ = π/2 интенсивность равна нулю – скрещенные поляризаторы света не пропускают.
Если на пути естественного света поставить два поляроида, плоскости пропускания которых образуют угол ϕ, то из первого поляризатора выйдет плоскополяризованный свет, интенсивность которого I0 составит половину интенсивности естественного света Iест . Согласно закону Малюса из второго поляризатора выйдет свет
интенсивности I0 соs2 ϕ . Таким образом, интенсивность света, прошедшего через два поляризатора, равна
I= 1 Iест соs2 ϕ. 2
12
Порядок выполнения работы
Внимание! В данной работе используется лазерное излучение, которое опасно при попадании в глаза.
Задание 1. Угол Брюстера
1. Соберите схему согласно рис.7.
~ 45o
Лазер
|
|
Линза |
|
|
|
Экран |
|
|
Рис. 7 |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Рис. 8
Для этого лазер в оправе и на рейтере ставится в положение 1 направляющей (оптической скамьи) (см.рис.8), линза в оправе и на рейтере ставится в положение 3 направляющей. Экран наблюдения, помещается на направляющей в положение 7. На экране закрепляется лист бумаги для зарисовки. Включите лазер. На экране видно лазерное пятно. Откройте стопорный винт в оправе, которая держит лазер. Поверните модуль лазера в оправе так, чтобы лазерное вытянутое пятно на экране наблюдения приняло положение близкое к 45° по отношению к вертикали.
2. Положение лазера оставьте неизменным. Снимите с направ-
ляющей линзу и экран. Соберите схему согласно рисунку 9.
|
|
|
|
13 |
|
|
|
|
Экран |
1. В положение 4 |
направляю- |
||
|
|
щей поместите |
стеклянную |
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
P1 |
пластину во вращающейся оп- |
||
|
|
|
раве на рейтере. Поднимите |
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
подставку с пластиной так, |
||
|
|
|
|
чтобы луч лазера скользил по |
||
|
|
|
|
поверхности вращающейся оп- |
||
|
Лазер |
|
|
|||
|
|
|
равы с измерителем угла. По- |
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
Стеклянная |
ставьте пластину так, чтобы ее |
|||
|
|
поверхность была перпендику- |
||||
|
|
пластина |
||||
|
|
лярна лазерному лучу, и след |
||||
Рис. 9. Установка по изучению |
||||||
отраженного луча совпадал со |
||||||
|
угла Брюстера (вид сверху) |
следом падающего луча. За- |
||||
|
|
|
|
пишите показания нониуса |
||
оправы пластинки α0. Считайте это значение началом отсчета.
2.Поверните оправу с пластинкой на угол близкий к 50°. Установите вдоль отраженного от пластинки лазерного луча подставку – вспомогательную небольшую направляющую. Поставьте на ней
поляроид Р1 во вращающейся оправе на рейтере и экран с закрепленным листом белой бумаги. Отраженный от стеклянной пластины и прошедший сквозь поляроид Р1, свет наблюдают на экране.
3.Ослабьте стопорный винт поляроида для его свободного вращения. Поворачивая поляроид вокруг направления луча, можно заметить, что яркость излучения на экране меняется. Поляроид нужно оставить в том положении, когда яркость минимальна. После этого вращают стеклянную пластину вокруг вертикальной оси, снова добиваются минимальной интенсивности отраженного луча на экране. Затем положение поляроида и пластины можно несколько уточнить. В таком положении система, состоящая из поляроида и стеклянной пластины, практически не пропускает лазерный свет. Это означает, что пластина установлена под углом Брюстера.
4.Запишите значение угла на измерителе αi, при котором яр-
кость пятна на экране минимальна. Зная начальное значение угла и полученное, определите величину угла Брюстера. Повторите опыт
3раза.
14
5. Используя формулу (16) найдите значение коэффициента преломления стеклянной пластины. Определите ошибку опыта. Подготовьте и заполните таблицы.
Таблица 1
№ α0 αi αБрi=αi-α0 <αБр> ∆αБрi=αБрi-<αБр> <∆αБр>
1
2
3
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|||
<n>=tg<αБр> |
n = |
2 < n > × < Da |
Бр > |
|
ε = |
n |
100 % |
n=<n>±∆n |
||
|
|
|
|
|
|
< n > |
|
|||
|
sin(2 |
< αБр |
>) |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание 2. Эллиптичность
1. В полупроводниковом лазере лазерное излучение практически линейно поляризовано (эллиптичность – отношение E|| / E поряд-
ка 102). В схеме установки на рис.9 снимите стеклянную пластину с оправой. В положение 7 направляющей поставьте фотоприемное устройство (ФП) с измерителем мощности излучения лазера. Включите его. Излучение лазера направьте на измеритель. Схему настройте так, чтобы все излучение лазера попадало на измеритель. Добейтесь, максимальных показаний прибора. В положение 5 направляющей поставьте рейтер с поляроидом Р1 во вращающейся оправе (рис.10).
P1
Лазер 
ФП
Рис. 10
2. Вращая поляроид вокруг луча лазера, наблюдайте за изменением показаний прибора. Получите максимальные показания прибора. Зафиксируйте и запишите в тетрадь значения нониуса на поляроиде. Получите минимальное показание прибора. Оцените эллиптичность лазерного излучения E|| / E . Повторите опыт 3 раза. Найдите
среднее значение эллиптичности.
15
Задание 3. Закон Малюса
1. За поляроидом P1, поставьте поляроид Р2 в оправе без вращения
(рис. 11).
P1 P2
Лазер 
ФП
Рис. 11
2.Вращая поляроид Р1, и наблюдая за показаниями измерителя мощности, найдите плоскость пропускания (разрешенное положение) поляроида Р2.
3.При падении лазерного излучения на измерительный прибор снимите зависимость показаний прибора от угла поворота поляроида.
Угол ϕ отсчитывать от положения соответствующего максимальному значению в показаниях прибора Imax(ϕ0), т.е. от разрешенно-
го направления поляроида Р2 (ϕ0+ϕ, где ϕ изменяется от 0° до
360° через 30°). Результаты занесите в таблицу.
Таблица 3
ϕ |
0° |
30° |
60° |
90° |
120° |
… |
360° |
I(ϕ) |
|
|
|
|
|
|
|
I(ϕ)/Imax |
|
|
|
|
|
|
|
cos2ϕ |
|
|
|
|
|
|
|
4. а) Построить график зависимости I(ϕ)/Imax в полярных координатах. Для этого на каждом луче, проведенном из центра под углом ϕ, в выбранном масштабе откладывают значения величин I(ϕ)/Imax, соответствующих этому углу, здесь Imax – максимальное значение интенсивности света. Точки соединяют плавной кривой.
б) На том же графике строят теоретическую зависимость cos2ϕ.
Сравните вид двух графиков и проверьте справедливость закона Малюса. Сделайте вывод.
16
Контрольные вопросы
1.Дайте определение линейно поляризованного и естественного света.
2.Что такое частично-поляризованная и эллиптически поляризованная световая волна.
3.Как получить линейно поляризованный свет? Что такое поляризатор и его плоскость пропускания?
4.Выведите формулы расчета коэффициентов Френеля (15).
5.Выведите соотношение (16) и сформулируйте закон Брюстера.
6.Из каких соображений получается выражение (17) – закон Малюса? Как отличаются интенсивности естественного и линейно поляризованного света, прошедшего через поляризатор?
Библиографический список
1.Сивухин, Д. В. Общий курс физики т.4 [Текст]: учеб. пособие / Д. В. Сивухин; М.: Наука, 1980. 752 с.
2.Ланцсберг, Г. С. Оптика [Текст]: учеб. пособие / Г. С. Ланцс-
берг; М.: Наука, 1976. 928 с.
3.Савельев, И. В. Курс общей физики т.2 [Текст]: учеб. пособие / И. В. Савельев; М.: Наука, 1982. 496 c.
4.Лабораторные занятия по физике [Текст]: учеб. Пособие / Л. Л.
Гольдин [и др.]; М.: Наука, 1983. 704 с.