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

28648. Возникновение и развитие приказов и воеводского управления в России. Дворянские реформы второй половины XVI в. (судебная, губная, земская, военная) 13.16 KB
  Начиная с конца 15 в стали возникать новые органы госва – приказы постоянно действовавшие учреждения имевшие значитно более четкую компетенцию по сравню с прежними: боярская Дума феодальные съезды. Губная – избы были созданы как карательные органы коте ведали борьбой с разбойниками татями убийцами поджигателями сыском бедных на них возлагался сбор податей перепись населения ведение губной тюрьмой и др. Земская – в резте были созданы органы земского самоупря из лучших людей их компетенция распрострсь только на посадских и...
28649. Борьба с Речью Посполитой и воссоединение Украины с Россией. Правовой статус Украины в составе России 12.44 KB
  Борьба с Речью Посполитой и воссоединение Украины с Россией. Правовой статус Украины в составе России. Воссоединение Украины с Россией событие во время котго Запорожское казачье Войско перешло в подданство русского Царя в 1654 г. Взаимоотношения Украины с центральным правительством во многом зависели от гетмана.
28650. Суд и судебный процесс в 15-17 вв. Зарождение и развитие розыскной системы следственного процесса 14.4 KB
  Суд и судебный процесс в 1517 вв. госво сосредоточило в своих руках судебные фции по всем важным делам что было закреплено Судебником 1497 г. Вотчинные и поместные суды постепенно теряют свое значение. Судебник Ивана III провозглет гл.
28651. Соборное Уложение 1649 г. Привилегии феодалов, право дворян на землю. Понятие преступления. Группы и виды преступлений и наказаний по Соборному уложению 14.52 KB
  Группы и виды преступлений: апротив веры богохульство нарушение порядка в церкви бгосударственные против основ государственной власти лично против царя впротив порядка управления подделка печатей фальшивомонетничество в воинские дезертирство побег с поля боя гпротив личности: убийство наиболее тяжкое слугагосподина женамужа нанесение телесных повреждений оскорбление словом делом. димущественные кража грабеж разбой епротив нравственности сводничество нарушение семейных уставов.
28652. Становление и развитие абсолютной монархии в конце XVII-XVIII вв. 13.74 KB
  правля госва при котй власть монарха не ограничена никакими учреждениями и законами. признаки: вся полнота гос. Монарх как глава госва являлся также верховным главнокомандующим вооруженных сил страны главой церкви ему принадлежала высшая законодатя испная и судебная власть. В период AM харно усиление роли госва отразившееся во внеш.
28653. Общественный строй России в начале XVIII в. Сословные реформы Петра I. Правовое положение дворянства. Расширение привилегий дворянства при преемниках Петра I. Жалованная грамота городам 1785 г. Введение подушной подати. Уничтожение холопства 14.93 KB
  Правовое положение дворянства. Расширение привилегий дворянства при преемниках Петра I. был принят Указ о подушной переписи котй закреплял привилегированное положе дворянства. Рассммый период харся консолидацией дворянства в единое сословие.
28654. Государственный строй России в начале XVIII в. Образование Российской империи. Реформы центральных органов государственного управления. Сенат. Синод. Коллегии 13.76 KB
  Реформы центральных органов государственного управления. Социальноэкое развитие рост сопротивления крестьянства тяжёлые войны диктовали необхть серьёзных реформ госго аппарат проведение котх привело к созданию централизованной системы органов управления. Претерпела изменения также система местного управления. В губерниях и провинциях было учреждено большое число различных должностных лиц ведавших отдельными вопросами управления.
28655. Реформы Петра I: военная, судебная, губернская и др 15.32 KB
  Император обозначил задачи коте возлагались на полицию: борьба с угой преступтью охрана общго порядка обеспече санитарной и пожарной безопти борьба с нищенством проституцией пьянством азартными играми контроль за соблюдением паспортного выдавались на 3 г режима и ловля беглых и беспаспортных. стало вводиться новое территориальное деление госва: Россия была разделена на 8 губерний по котм расписали все уезды и города. Во главе судебной системы стоял монарх котй решал самые важные госые дела. По его инициативе возникли...
28656. Разложение феодально-крепостнического строя и развитие буржуазных отношений в первой половине XIX в. Изменение в общественном строе 14.26 KB
  Они обладали монопольным правом на владение крепостными людьми. В разви правового положя духва необхо отметить 2 след. было предоставлено право покупать земли. о вольных хлебопашцах помещики получили право отпускать своих крестьян на волю за установленный самими помещиками выкуп.