Лабораторные Работы / Лабораторная работа №25

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»

Кафедра общей физики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №25

ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЯВЛЕНИЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА

Выполнил:

Студент группы ЭЭ – 12 - 06

Трофимов Жан Рудольфович

Проверил:

Егоров В.В.

Чебоксары 2007

Приборы и принадлежности: оптическая скамья – 1, осветитель – 2, конденсатор (линза) – 3, объектив – 4, поляроиды – 5, экран – 6, стеклянная пластина – 7, стопа Столетова – 8, диафрагма – 9, кристалл исландского шпата – 10, препарат из целлофана – 11, модель балки – 12, модель деформируемого стержня – 13, глаз – 14.

Цель работы: 1) Изучить способы получения поляризованного света. 2) Определить плоскости поляризации в кристалле исландского шпата. 3) Наблюдение интерференции поляризованного света с помощью препарата из целлофана. 4) Наблюдение распределения напряжений в модели балки.

Экспериментальная установка и выполнение работы.

1. Наблюдение поляризации света с помощью поляроидов. Качественная проверка закона Малюса.

На оптической скамье собирается схема.

Конденсатор – 3 дает параллельный пучок лучей. В отсутствии поляроидов с помощью объектива 4 получают резкое изображение диафрагмы на экране. Затем устанавливают на скамью два поляроида. При вращении одного из них относительно другого освещенность экрана будет периодически изменяться. Изменение интенсивности при этом описывается законом Малюса:

где J₀ – интенсивность света после первого поляроида, α – угол между плоскостями пропускания двух поляроидов.

Для качественной проверки закона Малюса возьмите за начало отсчета положение поляроидов, которое соответствует минимуму интенсивности света. Поворачивая второй поляроид от 0⁰ до 360⁰, отмечайте положения, которые будут соответствовать min и max интенсивности. Затем постройте грубый качественный график зависимости J от α.

2. Наблюдение поляризации света при отражении.

Собирается схема.

После диафрагмы свет падает на стеклянную пластину и отражается, угол падения должен быть примерно равным углу Брюстера – 57⁰. Отраженный от пластин свет можно направить либо на стену, либо наблюдать глазом. Помещая поляроид на пути отраженного света и вращая его, пронаблюдайте изменению интенсивности света. При равенстве угла падения луча углу Брюстера можно наблюдать полную поляризацию отраженного луча.

3. Наблюдение поляризации света при преломлении.

Собирается схема.

Первоначально добиваются резкого изображения диафрагмы на экране с помощью объектива. Устанавливая стеклянную пластину под углом Брюстера, вращая поляроид, можно убедиться, что прошедший, т.е. преломленный луч частично поляризован. Однако, степень поляризации преломленного луча незначительна.

Если в схеме вместо стеклянной пластины поставить стопу Столетова, то степень поляризации значительно возрастет. Это происходит за счет того, что луч многократно преломляется, проходя через стопу стеклянных пластин, и каждый раз частично поляризуется.

4. Наблюдение двойного лучепреломления.

Для наблюдения двойного лучепреломления собирается схема.

Первоначально схема собирается без поляроидов. Перед кристаллом устанавливается диафрагма с очень маленьким отверстием 1-2 мм. На экране при этом появляется два светлых пятна. Добиваются их резкого изображения. Вращая кристалл вокруг оптической оси, установки, можно наблюдать, что одно пятно остается на месте (обыкновенный луч), а второе пятно описывает окружность (необыкновенный луч). Если перед кристаллом поставить диафрагму со слишком большим отверстием, то пятна на экране тоже станут больше и наложатся друг на друга. Это сделает эксперимент ненаглядным.

Далее устанавливают поляроид. Вращая поляроид, можно наблюдать, что оба пучка попеременно увеличиваются и уменьшаются по интенсивности. Это говорит о том, что обыкновенный и необыкновенный пучки поляризованы во взаимно ортогональных плоскостях.

5. Наблюдение интерференции поляризованных лучей.

Собирается схема.

С помощью объектива добиваются резкого изображения препарата из целлофана на экране. Перед и за препаратом из целлофана устанавливаем поляроиды, тогда изображение препарата будет выглядеть как разноцветно окрашенные секторы и сегменты. Эту окраска может быть истолкована как результат интерференции поляризованных лучей. При вращении любого из поляроидов или препарата из целлофана будет наблюдаться изменение окраски всех участков изображения. Это явление объясняется следующим образом. Препарат из целлофана состоит из нескольких кусочков деформированного целлофана, наложенных друг на друга. Деформированный целлофан ведет себя подобно двухпреломляющему кристаллу. Свет, пройдя первый поляризатор, становится плоско поляризованным. Затем он падает на препарат из целлофана. Если плоскость поляризации света составляет произвольный угол с оптической осью участка целлофана, то образуется две волны: обыкновенная и необыкновенная. Они распространяются в одном направлении, но с разной скоростью, причем их векторы Е₀ и Е_е колеблются в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Колебание Е₀ (обыкновенный луч) перпендикулярно оптической оси. Эти колебания будут когерентными. Проходя через пластинку целлофана толщиной d, они приобретут разность фаз, которая определяется толщиной пластинки и разностью показателей преломления обыкновенного η₀ и необыкновенного лучей η_е и длиной волны λ.

6. Наблюдение распределения напряжений в моделях балки и стержня.

Некоторые изотропные прозрачные вещества, например, оргстекло, под действием механических напряжений приобретают свойства двулучепреломляющих кристаллов. Для наблюдения этого эффекта фотоупругости используют явление интерференции поляризованных лучей.

Для демонстрации картины распределения напряжений при сдавливании пластинки или балки из оргстекла, установка приборов производится по рис., в следующем порядке: после конденсатора на скамью устанавливают балку, получают на экране четкое изображение с помощью объектива. Перед балкой и после балки ставят скрещенные поляроиды, при этом изображение напряжений отсутствует. Сдавливая балку винтом наблюдают появившиеся на экране светлые полосы (в области напряжений в балке). Пронаблюдайте эту же картину, поворачивая поляроид Р₂ на α = π/2.

Заменив балку на пластину, пронаблюдайте картину распределения напряжения при изгибе пластины.