Метод исследования

Основными приборами, с помощью которых проводится получение и исследование поляризованного света, являются поляризатор (П) и анализатор (А).

Естественный свет пропускается через двоякопреломляющий кристалл исландского шпата. При этом происходит двойное лучепреломление света.

Интерференция поляризованных лучей наблюдается при прохождении поляризованного света через полупрозрачную балку, подвергшуюся механической деформации.

Поляризатор, анализатор и кристалл исландского шпата вставлены в рамки, снабженные круговыми шкалами для измерения углов их поворота. Рамки, в свою очередь, вмонтированы в стойки, которые можно укреплять на оптической скамье. Оправа с кристаллом имеет с одной стороны поворотный диск, в котором сделаны несколько маленьких отверстий разных диаметров для пропускания пучков света. Поперечное положение рамок, укрепленных на оптической скамье, может быть отрегулировано с помощью рейтеров, имеющих для этого винтовое приспособление. Подобная регулировка даёт возможность корректировать направление светового луча для получения четкой картины светового пятна на непрозрачном экране, закреплённом на отдельной стойке.

Порядок выполнения работы

Упражнение 1. Получение и исследование поляризованного света

1. На оптической скамье разместить приборы в соответствии с рис. 7а: источник света (ИС), поляроид (П), объектив (О), экран (Э).

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

3. Заменив первый поляроид другим, провести те же наблюдения, убедившись, что результат не изменится.

4. Разместить на оптической скамье приборы в соответствии с рис. 7б: источник света (ИС), поляроид (данный поляроид выполняет роль поляризатора) (П), второй поляроид (второй поляроид

выполняет роль анализатора) (А), объектив (О), экран (Э).

5. Добиться чёткого изображения на экране в виде освещённого круга.

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

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

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

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

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

11. Объяснить наблюдающуюся закономерность на основании закона Малюса – формула (2).

Таблица 1

Исследование поляризованного света

Угол по шкале П	Угол по шкале А	Угол по шкале А	Угол по шкале А	Угол по шкале А
	максимальная освещённость	минимальная освещённость	минимальная освещённость	минимальная освещённость
1
2
3

Упражнение 2. Изучение распределения механических напряжений в балке и пластинке с помощью поляризованного света

1. Разместить на оптической скамье приборы в соответствии с рисунком 4д 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 чёткого изображения балки на экране.

3. Осторожно слегка сжать балку с помощью винта.

4. Полученную картину зарисовать. Пояснить наблюдающуюся закономерность

Упражнение 3. Интерференция поляризованных лучей

1. Собрать схему для наблюдения интерференции поляризованных лучей на оптической скамье в соответствии с рисунком 9: источник света (ИС); поляризатор (П); слюдяную пластинку (СП) с переменной толщиной; анализатор (А); объектив (О); экран (Э).

2. Получить на экране чёткую 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, краски или фломастеры.

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

Упражнение 4. Поляризация при отражении от диэлектрика

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

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 отражённого 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. 10) и вращая поляризатор, найти такое положение зеркала, при котором происходит наиболее полное гашение светового пятна на экране. По шкале, укреплённой на держателе зеркала, определить угол падения луча на зеркало – угол Брюстера _Б. Измерения провести пять раз, каждый раз заново находя положение, соответствующее наибольшему гашению светового пятна на экране. Результаты записать в таблицу 2.

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

6. По закону Брюстера (формула 3) рассчитать показатель преломления n вещества, из которого изготовлено зеркало.

7. Вычислить погрешность показателя преломления по формуле:

n  ,

где _Б – угол Брюстера, <_Б> – среднее значение угла Брюстера из таблицы 2.

Результат записать в виде:

n  n  n.

Таблица 2

Измерения угла Брюстера

№ п.п.	1	2	3	4	5	<Б>

Упражнение 5. Исследование свойств обыкновенного и необыкновенного лучей, полученных с помощью двоякопреломляющего кристалла

Разместить на оптической скамье приборы в соответствии с рис. 11: источник света (ИС); диафрагма (Д); двоякопреломляющий кристалл (ДПК); объектив (О); экран (Э). Диафрагма и двоякопреломляющий кристалл смонтированы вместе (Д+ДПК), поэтому кристалл должен быть размещён на стойке так, чтобы та его грань, которая закрыта диском (диск играет роль диафрагмы), была обращена к источнику света. При этом свет должен проходить через самое маленькое отверстие в диске.

2. Перемещая кристалл вдоль оптической скамьи, добиться четкого изображения двух светящихся точек на экране, то есть 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 двоякопреломляющим 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 3 в графу «Без поляризатора».

5. Разместить на оптической скамье приборы в следующей последовательности в соответствии с рис 12: источник света (ИС); поляризатор (П); анализатор (А); объектив (О); экран (Э). Вращая один из поляроидов относительно горизонтальной оси, добиться минимальной освещенности экрана. Это соответствует положению поляроидов с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации (скрещенные поляроиды).

6. Уже собранную схему дополнить двоякопреломляющим 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 3 в графу «Скрещенные поляроиды».

7. Повторить опыт, но перед этим, вращая один из поляроидов, настроить поляроиды на максимальную освещённость экрана (плоскости поляризации обоих поляроидов параллельны). Данные занести в таблицу 3 в графу «Параллельные поляроиды».

Таблица 3

Исследование двойного лучепреломления

Взаимное расположение поляроидов
	Обыкновенный луч				Необыкновенный луч
	максимум	минимум	максимум	минимум	максимум	минимум	максимум	минимум
Без поляризатора
Скрещенные поляроиды
Параллельные поляроиды

Рекомендации:

При выполнении работы студентами экономических специальностей выполняются упражнения два из первых трёх.

При выполнении работы при чтении курса «Концепции современного естествознания» выполняются упражнения 1 или 2 или 3.

При выполнении работы студентами технических специальностей на одном занятии выполняются упражнения: 1, 2 и 3 (все вместе на одном занятии) или 4 или 5 (по одному упражнению на одном занятии).