Лабораторная работа 402

ЗАКОН БРЮСТЕРА

1. Цель работы: изучение поляризации света при отражении и преломлении, определение показателя преломления стеклянной пластины.

2. Теоретическая часть : ознакомиться с разделом на стр.3.

Свет, в котором колебания одного направления преобладают над колебаниями другого направления, называется частично поляризованным. Если в неполяризованном свете усредненные по времени значения составляющих Е_Х и Е_У равны (рис.2), то в частично поляризованном свете одна из составляющих больше другой. Количественной мерой этого является степень поляризации P :

, (2.1)

г де I_max – интенсивность максимальной составляющей, I_min – интенсивность минимальной составляющей (интенсивность пропорциональна квадрату напряженности). В линейно поляризованном свете I_min=0 Р=1.Частично поляризованный свет может обозначается, например, так    или так     . (Сравните с естественным светом).

Если угол падения неполяризованного света на границу раздела двух диэлектриков (например, на поверхность стеклянной пластинки) отличен от нуля, то отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными (рис. 5). В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (обозначены точками). В преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения (двухсторонние стрелки). Плоскость падения образована падающим и отраженным лучом. Степень поляризации зависит от угла падения. При некотором угле падения, называемом углом Брюстера (=_Б), отраженный луч полностью поляризован ( рис 5(б)). Следовательно, при =_Б составляющая вектора напряженности, параллельная плоскости падения полностью сосредоточена в преломленном луче. Поэтому при угле Брюстера интенсивность составляющей, параллельной плоскости падения в преломленном луче максимальна.

Можно доказать, что тангенс угла Брюстера удовлетворяет следующему соотношению:

(2.2)

где n₁, n₂ – показатели преломления первой и второй среды соответственно.

3. Экспериментальная часть

3.1 Краткое описание экспериментальной установки и оборудования (рис.6)

1 3 5 6

2 4 Рис. 6

Естественный (неполяризованный) свет от источника 1 (лампы накаливания) попадает на стопу Столетова 2. Это стопа стеклянных пластин, которая может вращаться вокруг оси, перпендикулярной плоскости чертежа. На этой же оси закреплена неподвижная шкала 3, по которой отсчитываются значения угла падения (). Преломленный, частично поляризованный свет попадает на поляризатор 4. Ось поляризатора устанавливается так, чтобы выделить составляющую вектора напряженности, параллельную плоскости падения. Далее линейно поляризованный свет падает на фотодиод 5, на выходе которого установлен микроамперметр 6. Значение силы тока прямо пропорционально интенсивности света. Все элементы установлены на оптической скамье.

3.2 Методика проведения эксперимента

3.2.1. Включить источник света - 1.

3.2.2.Отрегулировать по высоте положение стопы (2), поляризатора (4) и фотодиода (5) так, чтобы луч от источника проходил через их оптические центры.

3.2.3. Повернуть стопу на некоторый угол (например 40) и установить поляризатор таким образом, чтобы амперметр показывал максимальную силу тока.(Тем самым выделить составляющую, параллельную плоскости падения.

3.2.4.Поворачивая стопу Столетова на углы, указанные в таблице, снять зависимость силы тока от угла падения. Результаты занести в таблицу.

3.3. Обработка результатов эксперимента.

3.3,1.По максимальному значению силы тока определить значение угла Брюстера (_Б).

3:3.2. По формуле (2.2) рассчитать значение показателя преломления стеклянной пластины n₂. Свет падает на стекло из воздуха, поэтому n₁=1. Результаты занести в таблицу.

Угол стопы Сто- летова  (град)

0

20

40

50

52.5

55

57

60

65

70

Б

n2

Сила тока (мк.А)

1. Контрольное задание

1.Ознакомиться с материалом лекции 6 и решить домашние контрольные задачи на эту тему.

2. Воспользовавшись соотношением Снелиуса ( ) и формулой (2.2) доказать, что при =_Б, отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

Работа зачтена

Лабораторная работа 4-03

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ МЕТОДОМ КОЛЕЦ НЬЮТОНА

1. Цель работы: наблюдение интерференционной картины, называемой кольцами Ньютона и определение с ее помощью длины волны монохроматического излучения.

2 . Теоретические основы: Для наблюдения колец Ньютона на плоскую поверхность отполированной пластинки помещают выпуклой поверхностью линзу. Между линзой и пластиной образуется воздушная прослойка переменной толщины (рис.7).

П

R

ри освещении линзы параллельным пучком монохроматического

с вета, падающего нормально к плоской (верхней поверхности) линзы,

в отраженном свете наблюдается интерференционная картина в виде

к онцентрических светлых и темных колец убывающей ширины с R

т емным пятном в центре. Получается она в результате наложения волн

о

d

1

траженных от верхней и нижней границы воздушной прослойки: луч,

2

доходящий до точки 1, частично отражается , а частично проходит

r_m

в воздушный зазор (практически вертикально. из-за малой кривизны

с ферической поверхности линзы). Отражаясь в точке 2 от пластины, Рис.7

он возвращается обратно и интерферирует с лучом, отраженным в точке 1. Разность хода лучей обусловлена добавочным расстоянием, равным 2d. Поскольку в точке 2 происходит отражение от оптически более плотной среды и волна отражается в противофазе (теряется полволны), то оптическая разность хода обоих интерферирующих отраженных лучей будет равна:

(3.1)

где n - показатель преломления для воздушного зазора. Oн мало отличается от единицы ( n =1,0003), поэтому в дальнейшем учитываться не будет.

Если разность хода лучей будет равна четному числу длин полуволн, то в суммарной волне наблюдается интерференционный максимум, если нечетному числу длин полуволн - интерференционный минимум.

Линии постоянной толщины d воздушной прослойки являются окружностями, поэтому интерференционная картина представляет собой чередующиеся темные и светлые кольца постоянных радиусов , где m - номер кольца, соответствующий порядку интерференции. Толщину воздушного зазора можно связать с радиусом кольца и радиусом кривизны линзы.

, (3.2)

поскольку d<<R, .величиной d² можно пренебречь. Cократив левую и правую части на ,

получим 2dR=r²_m, откуда d=r²_m /2R. (3.3)

Подставив это значение d в формулу (3.1) и используя условия интерференционного минимума , выразим радиусы темных колец с номерами m и k:

, (3.4)

Вычитая вторую часть выражения (3.4) из первой и выражая ₀, получим

(3.5)

Зная радиус кривизны линзы R и измерив радиусы колец Ньютона можно с помощью формулы (3.5) вычислить длину волны.

3. Экспериментальная часть

3.1. Краткое описание экспериментальной установки и оборудования

Для наблюдения колец Ньютона используется кассета, в которой плоско-выпуклая линза прижата к темной стеклянной пластине. Измерения диаметров колец производится с помощью окулярного микрометра, установленного вместо окуляра в микроскоп. На рис.8 показаны основные

элементы установки:

3.2. Методика проведения эксперимента

3 .2.1. Настройка установки производится лаборантом.

3.2.2. Измерение диаметров колец Ньютона (рис. 9) 0 1 2 3 4 5 6 7

П ри помощи визирного креста 1 и двух параллельных черточек 2 2

в поле зрения окулярного микрометра, перемещающихся

микрометрическим винтом 8 (рис.7), измерить диаметры 4-5 колец в двух

взаимно перпендикулярных направлениях. Сначала выводят визирный 1

крест в центр колец, а затем, совмещая с левым и правым краями кольца, Рис. 9

определяют их координаты: целые деления отсчитываются в поле зрения окулярного микрометра, а сотые - по показанию барабана микрометрического винта. Разность координат дает диаметр кольца. Для облегчения измерений следует сначала определить положения левого края всех заданных колец в порядке уменьшения их номера, а затем координаты правых краёв тех же колец, но уже в порядке возрастания их номера. Следует выбирать наибольшие номера колец, считая от центра. ( D_- -горизонтальные, D₁- вертикальные диаметры колец в относительных единицах.).

Результаты измерений занести в таблицу 1. Таб.1

№№ колец	Отсчеты по шкале микрометра				Диаметры колец
	Левый край	Правый край	Верхний край	Нижний край	D-	D1
1
2
3
4
5

3.3. Обработка результатов измерений