Физика - поляризация света. Оборудование оптическая скамья, полупроводниковый лазер, лампа накаливания, поляроид, черное зеркало, гониометр, фотоприемник, микроамперметр Краткая теория и расчетные формулы
 Скачать 53.61 Kb.
|
|
Цель работы: изучить поляризацию света при отражении, определить угол Брюстера и показатель преломления стекла; установить зависимость интенсивности прошедшего поляроид света от угла между плоскостью колебаний светового вектора и плоскостью поляризатора; проверить соответствие закону Малюса. Оборудование: оптическая скамья, полупроводниковый лазер, лампа накаливания, поляроид, черное зеркало, гониометр, фотоприемник, микроамперметр Краткая теория и расчетные формулы При прохождении света через поляризатор свет начинает совершать колебания совершать колебания в плоскости поляризатора, при этом его интенсивность изменяется в соответствии с законом Малюса. Естественный свет через поляризатор:  Поляризованный свет через поляризатор:  Поляризаторы не идеальны, онии задерживает перпендикулярные к его плоскости колебания только частично. На выходе из поляризатора получается частично поляризованный свет – смесь естественного и плоскополяризованного. Для его характеристики используют величину степень поляризации P:  где Imin и Imax – минимальное и максимальное значение интенсивности света на выходе из поляризатора при вращении его вокруг направления частично поляризованного луча. Поляризация возникает при отражении от диэлектрика под углом Брюстера. В данном случае отраженный свет оказывается поляризованным. Угол Брюстера – угол падениея:  Если свет падает под углом Брюстера, отраженный луч полностью поляризован в плоскости перпендикулярной плоскости падения, а тангенс угла падения равен показателю преломления данного диэлектрика. Следовательно, по угол Брюстера, можно определить показатель преломления. Экспериментальная часть Опыт 1. Проверка закона Малюса. Собирается установка, включается лазер. Производится юстировка. Измеряется сила тока через каждые 10 в пределах от 0 до 180. Нулевой отсчет – положение с максимальной интенсивностью. Измеренное значение I содержит поляризованную  и неполяризованную  составляющие:  . определяется при 90. Вычисляется значение .
Строится зависимость Iп = f() в полярных координатах.  График 1 – Зависимость интенсивности света от угла поворота поляроида  График 2 – график 1, достроенный до 360º путем отражения по осям координат График 2 отображает зависимость интенсивности от угла поворота поляроида в полярных координатах. Он построен по экспериментальным данным и дополнен до 360º путем отражения верхней части относительно осей координат. Полученная фигура – лемниската. Схожую фигуру в полярных координатах дает функцияa∙cos2p, присутствующая в выражении закона Малюса. Следовательно, интенсивность в эксперименте, как и в законе Малюса, изменяется аналогично функции cos2p. Зависимость Iп = f(cos2) в декартовых координатах, проверка закона Малюса.  График 3 – зависимость интенсивности квадрата косинуса от угла поворота График 3 отображает зависимость интенсивности от cos2(), график имеет вид прямой, что согласуется с законом Малюса. Если cos2() в выражении закона Малюса рассматривать как переменную, где исходная интенсивность есть угловой коэффициент прямой, то график, построенный по выражению закона Малюса, также даст прямую. Следовательно, закон Малюса выполняется. Опыт 2. Изучение поляризации света при отражении. Собирается установка, юстируется, луч от лампы направляется через поляроид в центр образца; плоскость образца – перпендикулярно оси светового пучка. Образец поворачивается вокруг вертикальной оси, до достижения минимальной яркости нити накала в отраженном свете. Поляроид вращается вокруг оси, достигается минимальная яркость изображения. Образец поворачивается вокруг вертикальной оси, до повторного достижения минимальной яркости отраженного света. Затем последовательно уточняется положение поляроида и образца. Измеряется угол Брюстера, данные заносятся в таблицу 2.
Определяется показатель преломления n стекла:  Угол Брюстера для стекол имеет величину около 57º. Показатель преломления для органических стекол – 1,5, для обычного стекла 1,48 – 1,53, для оптического 1,47 – 2,04. В ходе измерений могли иметь место ошибки. Погрешность измерений nчерез оценку прямых и косвенных измерения.
Погрешность косвенных измерений:  Показатель преломления образца:  Вывод В ходе работы было изучено явление поляризации света при отражении, а также экспериментально проверен закон Малюса. Установлено, что интенсивность света, прошедшего через поляризатор, зависит от поворота плоскости поляризации через функцию cos2 (), как и в законе Малюса. Об этом свидетельствует формы графиков. Так, в полярных координатах для зависимости Iп = f() получена лемниската, такую же фигуру даёт функция cos2p. График зависимости Iп = f(cos2) дает прямую. Выражения для закона Малюса, если рассматривать cos2 как переменную, также даёт прямую, где исходная интенсивность I0 есть угловой коэффициент. Следовательно, закон Малюса экспериментально подтверждается. Также был измерен угол Брюстера равный 55,5º. По значению угла определен показатель преломления. Полученный показатель  с учетом погрешности попадает в промежуток значений для оптического стекла. Тем не менее, нельзя утверждать, что показатель преломления определен корректно. Положения минимальной интенсивности отраженного света могло быть определено с ошибкой, так как находится оно при помощи зрительных органов, без применения каких-либо измерительных приборов, поэтому на результат измерений могут сказываться индивидуальные особенности органов восприятия человека. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
.
