vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1.«Ноль» на шкале поворотного элемента, в котором закреплён анализатор, не совмещен с положением оптической оси анализатора. Поэтому, согласно закону Малюса, следует принять за «0о» значение экспериментального угла поворота, при котором фототок максимален I0.

2.Затем вновь поворачивая анализатор вокруг горизонтальной оси от установленного 0о до 180о, фиксировать через каждые 10о угол поворота φ и силу фототока I (табл. 2).

3.Проделать необходимые вычисления I/I0 и cos2 φ, занося результаты в табл. 2.

4.Рассчитать степень поляризации Р по формуле (6), взяв максимальное и минимальное значение силы фототока из табл. 1.

5.Построить лепестковую диаграмму с отображением двух

графиков на одной диаграмме: экспериментальные данные I f ( )

ифункцию I0cos2φ в зависимости от угла поворота.

6.Построить график I/I0 = f (cos2 φ). Проанализировать график и сделать вывод относительно выполнения закона Малюса.

Задание 3 Изучение эллиптической поляризации

1.Ввести в оптический канал четвертьволновую пластину 2.

2.Измерить силу фототока в зависимости от угла φ положения анализатора, через каждые 20о от 0о до 360о (табл. 3)

3. По полученным экспериментальным данным построить лепестковую диаграмму I f ( ) .

Убедиться в том, что сила тока меняется в пределах от I max до I min , сделать вывод о характере поляризации.

11

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

4. Рассчитать отношение полуосей эллипса поляризации:

Ех / Еу Imin / Imax .

Задание 4. Исследование круговой поляризации

1. Получить излучение круговой поляризации. Для этого

поворачивать пластину «λ/4» на небольшие углы (порядка 10 - 20 ) и в каждом положении вращать анализатор, наблюдая изменение интенсивности от I max до I min. То положение, при котором это

изменение будет наименьшим, соответствует углу 45 между плоскостью поляризации излучения и оптической осью четвертьволновой пластины.

2. Записать значения фототока в зависимости от угла поворота анализатора в таблицу 4.

Убедиться в том, что полученная поляризация действительно соответствует круговой.

Работа 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО РАСТВОРА САХАРИМЕТРОМ

Теоретические сведения

Видимый свет, как известно, представляет собой электромагнитные волны с длинами волн от 4 10-7 до 8 10-7 м. В электромагнитной волне векторы напряженности электрического поля Е и магнитного поля Н взаимно перпендикулярны и одновременно перпенди-

12

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

кулярны направлению распространения волны. Волны с такими свойствами называют поперечными.

Плоскость, проведенную через направления векторов напряженности электрического поля и световой луч, называют плоскостью колебаний электрического вектора.

Если для некоторого пучка света плоскость колебаний электрического вектора не изменяет своего положения в пространстве, то такой свет называют линейно - или плоскополяризованным.

Для получения линейно-поляризованного света используют специальные призмы, изготовленные из исландского шпата, и эти призмы называют поляризаторами. Аналогичные по устройству призмы, используемые для анализа поляризованного света, называют анализаторами.

Ряд веществ обладает способностью поворачивать плоскость колебаний вектора Е проходящего через них светового луча. Это явление называется оптической активностью. К оптически активным веществам относятся некоторые кристаллы и растворы (например, кварц и раствор сахара в дистиллированной воде).

Вращение плоскости поляризации объясняется особым расположением атомов в пределах молекулы оптически активного вещества.

Если между скрещенными поляризатором и анализатором поместить оптически активное вещество, то плоскость поляризации света, вышедшего из поляризатора, повернется вокруг светового луча на некоторый угол, и анализатор пропустит свет. Чтобы вновь

погасить свет, необходимо повернуть анализатор на угол , равный углу вращения плоскости поляризации. При прохождении поляризованного света через кристалл, угол поворота плоскости поляризации

пропорционален толщине активного слоя . При прохождении че-

рез оптически активный раствор, пропорционален длине пути лучаи концентрации раствора с. Таким образом, для кристалла и

раствора выражается соотношениями

к ‚

р с ‚

13

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

где ρ′ и ρ″ – удельное вращение для кристалла и раствора соответственно.

Удельное вращение для раствора ρ″ численно равно углу поворота плоскости поляризации при длине пути в 1 м и единичной концентрации активного раствора. Удельное вращение зависит от рода активного вещества и длины волны проходящего света.

Описание экспериментальной установки

Концентрация раствора сахара определяется прибором, который называется сахариметром. Его основными элементами являются поляризатор, анализатор и трубка с раствором сахара, помещенная между ними.

Так как точно установить поляризатор и анализатор «на темноту» невозможно, то в сахариметре применяется полутеневой поляризатор. Его изготавливают из поляризационной призмы Николя, разрезанной по двум плоскостям, симмет-

Оричным плоскости главного сечения ОО′

При прохождении обоих лучей через анализатор правая и левая половины поля зрения освещены одинаково только в том случае, если плоскость поляризации анализатора составляет одинаковые углы с плоскостями поляризации обоих лучей. Последнему условию удовлетворяет плоскость ОС (рис.2, а). Если на пути луча, вышедшего из поляризатора, поместить трубку с раствором сахара, то плоскости поляризации Р1 и Р2 повернутся на некоторый угол (рис.2, б), и освещенности правого и левого поля зрения будут различными. Для уравнивания освещенности полей в сахариметре имеется компенсирующий кварцевый клин, вращающий плоскость по-

14

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ляризации в сторону, обратную той, в которую вращает ее раствор сахара. Двигая клин, можно подобрать толщину кварца, при которой вращение, вызванное раствором, полностью компенсируется.

Оптическая схема сахариметра (рис.3) следующая: свет от

Рис.2

источника 1 проходит через светофильтр 2, выделяющий узкую спектральную область. За светофильтром расположены поляризатор 3, трубка с раствором сахара 4, кварцевый клин 5 и анализатор 6.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

половинки поля зрения наблюдаются в окуляр зрительной трубки 5. Кварцевый компенсирующий клин перемещается винтом 4. С подвижным кварцевым клином связана шкала, которую можно наблюдать с помощью измерительного окуляра 6.

В поле зрения вспомогательного окуляра 6 видны основная шкала и нониус (рис.5, соответственно нижняя и верхняя части шкалы). Ноль основной шкалы расположен в центре. Отсчеты вправо от него берутся со знаком плюс, влево – со знаком минус. Нониус также имеет ноль посередине. Целое число градусов отсчитывается по основной шкале против нулевого деления нониуса. Десятые доли градуса определяются по нониусу обычным способом. Однако, если ноль нониуса сдвинут в положительную часть основной шкалы, то для нахождения десятых долей градуса используется правая часть нониуса; если же он сдвинут в отрицательную часть основной шкалы, то используется левая часть нониуса. Например, на рис.5, а от-

счет равен +1,55 , а на рис.5, б –6,30 . Шкала прибора проградуирована в международных сахарных градусах. Ста градусам этой шкалы соответствуют 34,62 дуговых градуса.

Десятые доли градуса

Рис.5 а, б

Порядок выполнения работы

Определение удельного вращения эталонного раствора:

1)убедиться, что в прибор не вставлена трубка с сахарным раствором;

2)ввести в оптический канал красный светофильтр;

16

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

3)установить резкую границу между правой и левой половинками поля зрения передвижением окуляра зрительной трубки 5 (см. рис.4);

4)вращая ручку 4, перемещать кварцевый клин. Уравнять освещенности полей зрения в области полутени при темном поле зрения окуляра. Лишь при этом условии малейший поворот рукоятки вызывает резкую смену соотношения освещенности обеих половинок поля зрения окуляра;

5)снять нулевой отсчет 0 по шкале, видимой в окуляр; по-

вторить измерения три раза и определить среднее значение 0 ;

6)поместить в сахариметр трубку с раствором сахара известной концентрации и закрыть шторку. Уравнять освещенность полей

зрения при темном поле зрения окуляра. Три раза измерить 1, соответствующий равенству освещенностей.

7)вычислить удельное вращение по формуле

ρ″ = ∕ (ℓС),

где 1 0 ; значения ℓ и С указаны на трубке; 8) записать результаты измерений и вычислений в табл.1.

Определение концентрации сахарного раствора:

1) поместить в сахариметр трубку с раствором сахара, концентрацию которого надо определить, повторить измерения, описан-

ные выше, записать значение 2;

2)вычислить угол поворота для испытываемого раствора

x 2 0 ;

3)подставив полученные значения в формулу

Сx = x / (ρ″ℓ),

(здесь ℓ – длина трубки) определить концентрацию сахара в растворе; 4) записать результаты измерений и вычислений в табл.2.

17