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

13818. Анализ батареек Duracell Turbo 169.5 KB
  Компания «Procter and Gamble» была основана свечником Уильямом Проктером и мыловаром Джеймсом Гэмблом в 1837 году. Компания стремительно развивалась, и уже через 12 лет ее выручка составила около миллиона долларов
13819. Анализ рынка пассажирских авиаперевозок на территории России 305.45 KB
  Эссе ПО ДИСЦИПЛИНЕ Микроэкономика Анализ рынка пассажирских авиаперевозок на территории России Оглавление Введение3 Чем привлекательны пассажирские перевозки именно авиакомпании Аэрофлот4 Предпочтения потребителя5 Основные субституты данного това...
13820. Анализ товара кофе капучино в сети кофеен «Кофе Хауз» 132 KB
  Эссе по экономике на тему: Анализ товара кофе капучино в сети кофеен Кофе Хауз Введение 1. Кофе – основное сырье капучино. 2. Характеристики кофе как базового напитка для производства капучино. 3. Кофейня Кофе Хауз пионер среди российских сетей. Заключение...
13822. Анализ чая Корона Российской Империи компании Май с точки зрения потребителя и производителя 190.58 KB
  Эссе по предмету Микроэкономика на тему: Анализ чая Корона Российской Империи компании Май с точки зрения потребителя и производителя. Содержание: Введение информация о компании. Анализ товара с точки зрения потребителя. состав товара его основные
13823. Экономический анализ. Женские тонкие сигареты «ESSE blue» легкие 98.56 KB
  ЭССЕ ПО МИКРОЭКОНОМИКЕ На тему Женские тонкие сигареты ESSE blue легкие Содержание Содержание2 1.Информация о производителе3 2.важные свойства4 3.кто является потребителем данного продукта5 4.субституты и комплементы6 MURATTI6 WINSTON6 Vogue SuperSlim Arome L’emotion6 Next...
13824. Анализ рынка плиточного шоколада в России на примере шоколада Nesquik от Nestle 62.5 KB
  Анализ рынка плиточного шоколада в России на примере шоколада Nesquik от Nestle эссе Москва 2011 Кондитерские изделия всегда были и остаются популярными товарами потребительской России. С конца 90х годов наблюдается стабильный рост на этом рынке см. таблицу 1. В настоящее ...
13825. Анализ разогревающего крем - геля ультра очищение Pure zone от L’oreal 536.5 KB
  Эссе по микроэкономике №1Анализ разогревающего крем геля ультра очищение Pure zone от L’oreal План 1.Введение актуальность выбора 2.Основная часть: Анализ выбора потребителя 2.1.Описание товара 2.2.Важные свойства товара для потребителей результат цена
13826. Экономический анализ товара ноутбук Sony Vaio VPCEA3Z1R/N 1.88 MB
  Экономический анализ товара ноутбук Sony Vaio VPCEA3Z1R/N В настоящее время компьютеризация прочно вошла в нашу жизнь. Она проникла во все сферы окружающие нас. Невозможно представить как провести хотя бы день без компьютера. Садимся печатать материал – компьютер садимся и...