Эксперимент в физике. Физический практикум. - Шутов В. И.
ISBN:5-9221-0632-5
Скачать (прямая ссылка):
• Какую роль играет воздушный зазор между выпуклой поверхностью линзы и стеклянной пластиной в проделанном эксперименте?
• Как возникают кольца Ньютона!
• Почему в центре исследованной Вами интерференциоонной картины наблюдается темное пятно ?
• При каких предположениях выведены формулы (2) и (3)? Вывести эти формулы.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 28
Целью работы является исследование поперечной поляризации световых волн, экспериментальное подтверждение закона Мал юса.
Теоретическое введение
Как известно, плоская электромагнитная световая волна является поперечной и представляет собой распространение взаимно перпендикулярных колебаний: вектора напряженности электрического поля Е и вектора индукции магнитного поля В. Колебания векторов Е и В происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света, которое задается волновым вектором к (рис. 1 а). Вектор Е называется световым вектором, и все рассуждения мы ограничим рассмотрением этого вектора. Наличие вектора В подразумевается.
в
В
Рис. 1.
Световой пучок, в котором разл ичные направления вектора Е в поперечной к направлению распространения световой волны плоскости равновероятны, называется естественным или неполяризованным. В естественном свете колебания различных направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга (рис. I б).
Свет, в котором направления колебаний вектора Е упорядочены каким-либо образом и подчиняются некоторой закономерности, называется поляризованным.
Если колебания вектора Е могут совершаться лишь в одном определенном направлении е, то свет называется плоскополяризованным (рис. I в). Плоскостью поляризации называется плоскость, проходящая через вектор поляризации е и волновой вектор к.
Обычные источники излучают неполяризованный свет, который может быть преобразован в поляризованный при взаимодействии с веществом. Оптические устройства, служащие для получения поляризованного света, называются поля риз ат о рам и. Принцип действия поляризаторов
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО
СВЕТА
Исследование поляризованного света
179
может быть основан на явлениях отражения, преломления или поглощения света. Например, у некоторых кристаллов коэффициенты поглощения для двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн отличаются настолько сильно, что даже при небольшой толщине кристалла одна из волн практически полностью поглощается. В результате из кристалла выходит п л о с ко п ол я р и зо ва н н ы й свет. Зависимость величины поглощения света от его поляризации носит название дихроизма. Пластинки из таких кристаллов используются для изготовления поляризаторов специального вида — поляроидов.
Через поляроид проходит почти без поглощения только тот свет, у которого плоскость поляризации совпадает с плоскостью пропускания колебаний вектора Е для данного поляроида.
Если на поляроид падает свет, плоскость поляризации которого повернута относительно разрешенной плоскости колебаний на угол а, то вектор Е падающего света можно разложить на две составляющие ~Е± и Е2:
Здесь вектор Ех лежит в разрешенной плоскости колебаний, а вектор Е2 п ер п е н д и куля ре н этой плоскости (рис. 2).
Компонента падающего света, описываемая вектором Е2, практически полностью поглотится в поляроиде. Поляроид пропустит компоненту
Е — Ех + Е2 •
разрешенная плоскость пропускания поляризатора
Рис. 2.
180
Исследование поляризованного света
падающего света, которая описывается вектором Ei. Принимая во внимание, что
Ei = Ecosa,
для интенсивности I света, прошедшего через поляроид получим
I = 10 cos2 а. (1)
Здесь /о — интенсивность падающего на поляроид света. (Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды колебаний светового вектора).
Соотношение (1) носит название закона Малюса. Экспериментальной проверке закона Малюса и посвящается настоящая практическая работа.
Экспериментальная часть
Экспериментальная установка состоит из оптической скамьи с набором рейтеров и приспособлений, источника монохроматического излучения (лазера), двух поляроидов в оправах, фотометрического датчика и цифрового микроамперметра.
Принципиальная оптическая схема установки представлена на рис. 3. Световой пучок, излучаемый лазером Л, проходит через поляризатор Пі, становится п л о с ко п ол яризованны м и падает на поляризатор П2. При помощи поляризатора ГЬ исследуется падающий на него поляризованный свет. (Используемый для исследования поляризованного света поляризатор называют анализатором?) Свет, прошедший через два поляризатора падает на
Рис. 3.
фотометрический датчик Ф. При помощи микроамперметра измеряется фототек I, являющийся пропорциональным интенсивности света, падающего на фотометрический датчик.
В экспериментальной работе измеряется фототек I в зависимости от угла а между разрешенными плоскостями колебаний поляроидов. Результаты измерений изображаются на графике зависимости ./(cos2 а). Если в
Исследование поляризованного света
181
пределах погрешности экспериментальные результаты ложатся на прямую (рис. 4), то можно сделать вывод об экспериментальном подтверждении
