12198

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА МАЛЮСА

Лабораторная работа

Физика

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА МАЛЮСА Методические указания по выполнению лабораторной работы № 67 по оптике для студентов инженернотехнических специальностей Курск 2010 УДК 681.787.2 Составители: В.Н. Бурмистров Л.П. Петрова А.А. Родион...

Русский

2013-04-24

137.5 KB

4 чел.

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА МАЛЮСА

Методические указания по выполнению лабораторной работы

№ 67 по оптике для студентов инженерно-технических

специальностей

Курск 2010

УДК 681.787.2

Составители: В.Н. Бурмистров, Л.П. Петрова, А.А. Родионов

Рецензент

Кандидат физико-математических наук, доцент В.М. Пауков

Изучение закона Малюса [Текст]: методические указания по выполнению лабораторной работы по оптике № 67 для студентов инженерно-технических специальностей / Курск. гос. техн. ун-т; сост.: В.Н. Бурмистров, Л.П. Петрова, А.А. Родионов. Курск, 2010. 7 с.: ил. 3, табл. 1. Библиогр.: с.7.

Излагаются методические указания по изучению закона Малюса, устанавливающего интенсивность поляризованного света после прохождения анализатора.

Методические указания соответствуют требованиям программы, утвержденной учебно-методическим объединением для студентов инженерно-технических специальностей.

Предназначены для студентов инженерно-технических специальностей дневной и заочной форм обучения.

Текст печатается в авторской редакции

Подписано в печать    . Формат 6084 1/16.

Усл.печ.л.      Уч.-изд.л.  Тираж 100 экз. Заказ.      Бесплатно.

Курский государственный технический университет.

305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94.


Цель работы: изучить закон Малюса, ознакомиться с понятиями естественный и поляризованный свет, поляризатор и анализатор.

Приборы и принадлежности: оптическая скамья с осветителем, два поляроида, фотоэлемент, микроамперметр.

Теоретическое введение

Естественный свет представляет собой совокупность огромного числа элементарных электромагнитных волн (цугов), испускаемых отдельными атомами. Плоскость колебаний каждого цуга ориентирована случайным образом, поэтому в естественном свете с равной вероятностью представлены колебания различных направлений, быстро и беспорядочно сменяющих друг друга. Если колебания светового вектора  каким-либо образом упорядочены, то свет называется поляризованным.

Пусть два взаимно перпендикулярных электрических колебания совершаются вдоль осей X, Y и имеют разность фаз  

Результирующая напряженность:

Угол между  и  определяется:

.    (1)

Если разность фаз хаотически изменяется, то и направление светового вектора  будет испытывать неупорядоченные скачкообразные изменения. Поэтому естественный свет представляют как наложение двух некогерентных электромагнитных волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях и имеющих одинаковую интенсивность.

Если колебания когерентны  = 0 или , то

– свет плоскополяризованный.

Если , то  – плоскость колебаний поворачивается с угловой скоростью . Свет поляризован по кругу.

Если δ – произвольная постоянная, свет эллиптически поляризован. Конец вектора  движется по эллипсу. Плоскость, в которой колеблется , называется плоскостью колебаний. Перпендикулярная ей плоскость – плоскостью поляризации.

Плоскополяризованный свет можно получить из естественного с помощью приборов, называемых поляризаторами. Эти приборы свободно пропускают колебания, параллельные плоскости поляризатора, и полностью или частично задерживают колебания перпендикулярные этой плоскости. Поляризатор, частично задерживающий световые колебания в направлении, перпендикулярном его плоскости, называют несовершенным. Свет на выходе из такого поляризатора будет частично поляризованным. Направление колебаний электрического вектора в волне, прошедшей через поляризатор, называется разрешенным направлением поляризатора. В качестве поляризаторов могут использоваться среды, анизотропные в отношении колебаний вектора , например кристаллы. Из природных кристаллов следует отметить турмалин.

Если вращать идеальный поляризатор на пути частично поляризованного света, то интенсивность прошедшего света изменяется от  до . Можно ввести характеристику частично поляризованного света степень поляризации:

.     (2)

Р = 1 если Imin = 0 – свет полностью поляризован.

Р = 0 если Imin = Imax – свет естественный. К эллипически-поляризованному свету понятие степени поляризации не применимо.

Направим естественный свет перпендикулярно пластинке турмалина, вырезанной параллельно оптической оси. Вращая кристалл вокруг направления луча, никаких изменений интенсивности прошедшего через турмалин света не увидим. Однако, если на пути луча поставить вторую пластинку турмалина и вращать ее вокруг направления луча, то интенсивность света, прошедшего через пластинки будет меняться в зависимости от угла между оптическими осями кристаллов по закону Малюса:

,     (3)

где  и I – соответственно интенсивности света, падающего на второй кристалл и вышедшего из него.

Результаты опытов с кристаллами турмалина объясняются просто. Первая пластинка пропускает колебания только определенного направления, т.е. преобразует естественный свет в поляризованный. Вторая же пластинка в зависимости от ее ориентации пропускает большую или меньшую часть поляризованного света, которая соответствует компоненте E, параллельной оси второго кристалла.

Пластинка, преобразующая естественный свет в поляризованный, является поляризатором. Вторая пластинка, служащая для анализа степени поляризации света, называется анализатором. Обе пластинки совершенно одинаковы.

При прохождении естественного света через поляризатор, так как все направления равновероятны и среднее значение , интенсивность поляризованного света будет  .

Интенсивность света, прошедшего через поляризатор и анализатор: .

Экспериментальная установка

  1.  Установка для изучения закона Малюса представляет оптическую скамью (1), на которой укреплен осветитель (2) с матовым стеклом. Камера (3) с поляризатором (4), анализатором (5) и фотоэлементом. Ток от фотоэлемента подаётся на микроамперметр (7). Анализатор можно поворачивать вокруг горизонтальной оси. Угол поворота анализатора отсчитывается по шкале (6).

Порядок выполнения работы:

  1.  Ознакомиться с установкой.
  2.  Включить осветитель в сеть 220 В.
  3.  Открыть крышку фотоэлемента.
  4.   Устанавливая по шкале различные углы ориентации анализатора (от 0 до 360° через 20°) следить за изменением силы фототока по микроамперметру.

5. Данные измерений угла α, тока i, cos2α и i/i0 занести в таблицу.

Таблица 1.

α

0

20

40

60

80

100

360

i, мкA

cos2α

i/i0

6. Построить график зависимости f(α) = i/i0 в полярных координатах. Для этого на каждом луче, проведенном из центра под углом α в выбранном масштабе, откладывают значения величин i/i0, соответствующих этому углу, здесь i0 – максимальное значение силы тока. Точки соединяют плавной кривой.

7. На том же графике строят теоретическую зависимость f(α) = cos2α.

Контрольные вопросы:

  1.  Какой свет называется естественным? поляризованным? свет. Что такое степень поляризации?
  2.  Какие существуют виды поляризации?
  3.  Расскажите о способах получения поляризованного света.
  4.  В чем заключается явление двойного лучепреломления?
  5.  Изложите закон Малюса.
  6.  Что такое искусственная оптическая анизотропия?
  7.  Расскажите о применениях поляризованного света.

Библиографический список:

. 1.Трофимова Т. И. . Курс физики [Текст] : учебное пособие / Т. И. Трофимова. - 7-е изд., стер. - М. : Высшая школа, 2003. – 542

2. Савельев И. В. Курс физики [Текст] : учебное пособие : в 3 т. Т. 2 : Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика / Игорь Владимирович Савельев. - 3-е изд., стер. - СПб. : Лань, 2007. - 480 с.;

1

3

4

5

7

6


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34294. Особенности человека как объекта генетических исследований 778.5 KB
  Вопервых у человека не может быть произведено искусственного направленного скрещивания в интересах исследователя. Наконец изучение генетики человека затрудняется наличием в его геноме большого числа групп сцепления генов 23 у женщин и 24 у мужчин а также высокой степенью фенотипического полиморфизма связанного с влиянием среды. Все перечисленные особенности человека делают невозможным применение для изучения его наследственности и изменчивости классического гибридологического метода генетического анализа с помощью которого были открыты...
34295. Охрана природных экосистем. Формы природоохранной деятельности. Правовые основы охраны природы. Значение охраны природы для здоровья человека 14.43 KB
  Правовые основы охраны природы. Значение охраны природы для здоровья человека. Охрана природных экосистем совокупность мероприятий направленных на поддержание природы планеты в состоянии соответствующем эволюционному уровню биосферы её живого вещества а также человека. Национальный парк Памятник природы Красная книга Правовые основы охраны природы.
34296. Пол и его возникновение 24 KB
  Одновременно и определение пола закономерно переходит от генного у гермафродитов к хромосомному у раздельнополых форм начиная видимо с рыб и геномному у пчел. В ходе онтогенеза определение пола может происходить в момент оплодотворения хромосомные механизмы а также контролироваться внутренними гормоны и или внешними факторами. Определение пола можно представить в виде эстафеты которую хромосомный механизм передает недифференцированным гонадам развивающимся в мужские или женские половые органы. После рождения эстафета переходит к...
34297. Репаративная регенерация, её значение. Способы репаративной регенерации. Типичная и атипичная регенерация. Особенности восстановительных процессов у млекопитающих. Значение регенерации для биологии и медицины 18.51 KB
  Морфаллаксис влечет за собой перегруппировку оставшейся части организма. Нередко связан с дальнейшим значительным разрушением оставшейся части и завершается формированием из этого материала целого организма или органа. Если условия будут меняться то возникает реакция организма. В результате изменений: сохранение постоянства внутренней среды поддержание целостности организма.
34298. Регенерация. Регенерация у животных и человека 43 KB
  В большей степени регенерация присуща растениям и беспозвоночным животным в меньшей позвоночным. Регенерация в медицине полное восстановление утраченных частей. Регенерация у животных и человека образование новых структур взамен удалённых либо погибших в результате повреждения репаратинпая регенерация или утраченных в процессе нормальной жизнедеятельности физиологнческая регенерация; вторичное развитие вызванное утратой развившегося ранее органа.
34299. РЕГЕНЕРА́ЦИЯ 34 KB
  Иногда при регенерации вместо нормального числа пальцев образуется их больше или вместо одного хвоста вырастает два или три. Часто способность к регенерации стоит в связи с защитной способностью отбрасывать органы в момент опасности вследствие сильного сокращения мышц например защемленную лапку придавленный хвост и т. Благодаря физиологической регенерации поддерживается структурный гомеостаз и обеспечивается возможность постоянного выполнения органами их функций. Во многих тканях существуют специальные камбиальные клетки и очаги их...
34300. Смерть как биологическое явление 114 KB
  Интенсивность смертности мужчин в зависимости от их возраста Швеция На неизменяемость скорости старения в конкретной популяции людей в течение XX в. несмотря на существенное повышение жизненного уровня указывают например данные об абсолютном возрастном приросте интенсивности смертности мужчин Швеции с 1900 по 1980 г. Швеция: 1 интенсивность смертности мужчин в возрасте 40 лет 2 то же в возрасте 30 лет 3 скорость старения мужчин в возрастном интервале 30 40 лет Сделанное заключение хорошо согласуется с теми изменениями которые...
34302. Анализируя динамику затрат живого и прошлого труда по мере рационалистического развития технологического 29.5 KB
  Анализируя динамику затрат живого и прошлого труда по мере рационалистического развития технологического процесса установлено что уменьшение суммы живого и прошлого труда происходит только до определенного предела. Дальнейшее увеличение затрат прошлого труда фактически не будет обеспечивать увеличение производительности труда а будет лишь увеличивать стоимость выпускаемой продукции и становится экономически нецелесообразным. Как определить этот предел эту границу переход к которой фактически будет означать топтание на месте даже при...