МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени В.С. Черномырдина»

Губкинский институт (филиал)

Физика Оптика

«Изучение вращения плоскости поляризации и

определение концентрации сахарных растворов»

Методические указания к лабораторной работе №11 для направления подготовки

специалистов:	130400.65	- Горное дело
	190109.65	- Наземные транспортно-технологические средства
бакалавров:	080200.62	- Менеджмент
	140400.62	- Электроэнергетика и электротехника
	220400.62	- Управление в технических системах
	270800.62	- Строительство
	190600.62	- Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов

Губкин, 2011

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени В.С. Черномырдина»

Губкинский институт (филиал)

УТВЕРЖДЕНО

Директором Губкинского

института (филиала) МГОУ

Физика Оптика

«Изучение вращения плоскости поляризации и

определение концентрации сахарных растворов»

Методические указания к лабораторной работе №11 для направления подготовки

специалистов:	130400.65	- Горное дело
	190109.65	- Наземные транспортно-технологические средства
бакалавров:	080200.62	- Менеджмент
	140400.62	- Электроэнергетика и электротехника
	220400.62	- Управление в технических системах
	270800.62	- Строительство
	190600.62	- Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов

Губкин 2011

УДК 53

Ф 50

Физика. Часть III. Изучение вращения плоскости поляризации и определение концентрации сахарных растворов: Методические указания к лабораторной работе 11/ Сост. А.Н. Ряполов, Н.В. Ряполова; Рец. к.ф.-м.н., доцент кафедры физики КГТУ Т.И. Аксенова, к.т.н., зав.кафедрой механико-технологических дисциплин ГИ (филиала) МГОУ доцент К.С. Погорельский. - Губкин.: ГИ МГОУ, 2011.- 13с.

Излагаются краткая теория, методические рекомендации по выполнению лабораторной работы и анализу полученных экспериментальных данных.

Предназначено для студентов технических специальностей очной и заочной форм обучения.

© Губкинский институт (филиал) Московского государственного открытого

университета, 2011.

© А.Н. Ряполов, Н.В. Ряполова, 2011.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

ИЗУЧЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНЫХ РАСТВОРОВ

Цель работы: Изучение вращения плоскости поляризации и определение концентрации сахарных растворов.

Приборы и принадлежности: лабораторный комплекс ЛКО - 5, в который входят оптическая скамья (рельс), лазерный излучатель (модуль 1), поляризатор (модуль 11), поляризатор с нониусом (модуль12), два поворотных стола (модуль 13), мультиметр на кронштейне, кюветы (длина столба жидкости ) с различными концентрациями растворов сахара (объект 44), фотодатчик (объект 38).

Краткое теоретическое введение

Свет, в котором направления колебаний вектора упорядочены каким-либо образом, называется поляризованным. Источники света, за исключением лазеров, дают естественный свет. В естественном свете колебания различных направлений сменяют друг друга быстро и беспорядочно. Волну, в которой вектор сохраняет определенною ориентировку, называют плоско поляризованной или линейно-поляризованной.

Рис.1

Для получения линейно поляризованного света применяются специальные оптические приспособления - поляризаторы. Направление колебаний электрического вектора в волне, прошедшей через поляризатор, называется разрешенным направлением поляризатора.

Всякий поляризатор может быть использован для исследования поляризованного света, т. е. в качестве анализатора. Интенсивность линейно поляризованного света после прохождения через анализатор зависит от угла, образованного плоскостью колебаний с разрешенным направлением анализатора:

.

Соотношение (2) носит название закона Малюса.

Существует несколько способов получения плоскополяризованного света из естественного.

1. Путем отражения света от диэлектрика, при этом степень поляризации отраженного луча зависит от угла падения. Полная поляризация наступает при угле падения отвечающем условию:

(закон Брюстера),

где - показатель преломления диэлектрика.

2. Пропусканием света через кристаллы, обладающие двойным лучепреломлением. Прохождение луча света I в случае падения его на определенную грань через кристаллы некубической симметрии, например, исландского шпата, выкалывающегося из естественных кристаллов в виде ромбоэдров с углами 78° и 102° (рис.2а), приводит к его раздвоению на лучи П и Ш при любом угле падения луча I. Луч света раздваивается и при угле падения равном нулю (рис.2б).

Н е преломляющийся при этих условиях луч называют обыкновенным "о", а отклоняющийся от первоначального направления необыкновенным - "е". Показатель преломления каждого из лучей в таких веществах различен.В кристалле исландского шпата обыкновенный луч имеет для всех направлений одно и тоже значение показателя преломления, а показатель преломления необыкновенного луча зависит от направления.

У одноосных кристаллов, к которым относится исландский шпат, есть направления, вдоль которых луч I не раздваивается.

Такое направление совпадает с диагональю, соединяющей тупые углы ромбоэдров, и называется оптической осью кристалла (pиc.3) На практике поляризованный свет получают с помощью при­способлений- поляризаторов. Чаще всего с помощью призмы Николя (рис.4).

П оследняя состоит из двух прямоугольных призм из исландского шпата, склеенных канадским бальзамом вдоль диагонали BC .

Оптическая ось OO' лежит в плоскости чертежа под углом 48° к грани ДВ. Углы призм подобраны так, чтобы необык­новенный луч проходил сквозь призмы, практически не преломляясь, а обыкновенный луч, дойдя до слоя канадского бальзама, испы­тывал полное внутреннее отражение.

Это возможно потому, что для обыкновенного луча показатель преломления исландского шпата больше показателя преломления канадского бальзама, а для необыкновенного луча показатель преломления исландского шпата меньше показателя преломления канадского бальзама.

Плоскость колебаний вектора света, прошедшего через поляризатор - призму Николя, совпадает с главной плоскостью призмы и плоскостью колебаний необыкновенного луча и называется плоскостью пропускания или плоскостью поляризации.

3. Поглощение света в дихроических пластинках. У некоторых двоякопреломляющих кристаллов (например, турмалина) коэффициенты поглощения света для двух взаимно перпендикулярно поляризованных лучей отличаются настолько сильно, что уже при небольшой толщине кристалла один из лучей гасится практически полностью, и из кристалла выходит линейно поляризованный пучок света. Это явление носит название дихроизма. В настоящее время дихроические пластинки изготовляются в виде тонких пленок - поляроидов.

Такие вещества как кварц, соли каменной кислоты, и другие могут поворачивать плоскость колебаний вектора на некоторый угол и являются оптически активными.

К ним же относятся водные растворы глюкозы и сахара.

Угол, на который поворачивается плоскость поляризации в растворах, прямо пропорционален толщине слоя раствора и концентрации оптически активного вещества.

где - измеряется в ;

- в растворенного вещества в раствора;

- коэффициент, называемый удельным вращением растворенного вещества (постоянная вращения), численно равный углу поворота плоскости поляризации света, прошедшего путь длиной в в растворе концентрации .

Постоянная вращения зависит от температуры (эта зависимость слабая, ею можно пренебречь) и от длины волны падающего света.

Числовые значения удельного вращения некоторых веществ, приведенные в справочной таблице, даны для некоторых водных растворов при и длины волны света .