№ 84 (Лабы по оптике), страница 2

Путем медленноговращения поляроида A в ту или иную сторону убедиться в том, чтонайденное положение действительно соответствует минимальномуотклонению стрелки индикатора, после чего по шкале 18 (рис. 5) отсчитатьпротив метки 11 угол  в градусах.

Как следует из пункта 1 описания,минимальная яркость отраженного луча будет наблюдаться прирасположении направления пропускания поляроида A в горизонтальнойплоскости. На рис. 5 это направление указано стрелками. Так как метка 11располагается на вертикали, то направление пропускания поляроида 0 Aможно вычислить по формуле0 A |   900 | .(2)9Значение  записать в таблицу данных №1. Измерения  произвеститри раза. После последнего измерения  оставить поляроид A вположении с горизонтальным расположением направления пропускания.Такое положение он должен занимать при выполнении упражнения №2.При отчете представить:1.Таблицу данных №1 с расчетом средних значений 0 и 0 A иабсолютной и относительной погрешностей этих величин.2. Уметь объяснить по рис. 1а и рис.

1б принципиальную схемуизмерения угла Брюстера и направления пропускания поляроида.Управжнение № 2ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРОПУСКАНИЯПОЛЯРОИДА В И ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСАДля проверки закона Малюса на оптической скамье установленыполяроид B и второй фотоприемник света 20 с регистрирующимустройством 21. Фотоприемник 20 неподвижно закреплен на оптическойскамье. Поляроид B и регистрирующее устройство 21 идентичныустройствам A и 15 (рис. 2).1.

Определение направления пропускания поляроидаB.а. Включить регистрирующее устройство 21 (см. упр. №1, п. 3б).б. Фотоприемник 14 с экраном 5 повернуть против часовой стрелки натакой угол, чтобы он не мешал установить стопу 3 перпендикулярнопадающему лучу 1.в. Установить стопу 3 перпендикулярно падающему лучу. Для этогоповернуть столик 12 против часовой стрелки до появления луча, отраженногоот стопы на экране 22 и далее в том женаправлении до попадания его в отверстиеколлиматора осветителя 7 (рис. 2).

Притаком расположении стопы направлениеколебаний электрического вектора E луча 1после прохождения им стопы будетопределяться направлением пропусканияполяроида A . Если ориентация поляроидаA после выполнения упражнения №1 неменялась (убедиться в этом), то вектор E влуче 1, падающем на поляроид B , будетРис.

8ориентирован горизонтально.г. Вращением поляроида B за кольцо10 в ту или иную сторону добиться минимального отклонения  стрелкииндикатора регистрирующего устройства 21. Так как направление колебанийвектора E в падающем луче ориентировано горизонтально, то минимальное10отклонениестрелки индикатора — min будет наблюдаться привертикальной ориентации направления пропускания поляроида B . Такимобразом, направление пропускания поляроида  0 B можно сосчитать пошкале 18 против метки 11 (рис. 5). В процессе отыскания min становитсяочевидным, что из-за плавной зависимости  от   в области минимумаошибка при изменении  0 B может быть большой.

Для уменьшения ошибкиможно воспользоваться тем обстоятельством, что кривая   f   в областиминимума симметрична относительно  0 B (рис. 8) и проводить измерение 0 B в следующем порядке.Вращением поляроида B в ту или иную сторону определить величинуминимального отклонения min (на рис. 8 min меньше одного деления).Поворотом поляроида B в произвольном направлении установитьстрелку индикатора между двумя соседними, ближайшими к минимуму,делениями шкалы (на рис. 8 — между делениями 1 и 2).Медленным вращением поляроида B в обратном направленииустановить стрелку индикатора на ближайшее к минимуму деление шкалы(на рис. 8 деление 1) и произвести отсчет угла   1 по шкале 18 рис.

5.Записать в таблицу № 2 значение угла  1 .Продолжить вращение поляроида B в том же направлении до тех пор,пока стрелка не пройдет минимум и вновь не станет напротив ближайшего кнему деления шкалы (на рис. 8 деление 1). В этом положении произвестиотсчет угла  2 по шкале 18.Записать в таблицу № 2 значение угла  2 .Направление пропускания поляроида B — 0 B является среднимзначением  1 и  20 B 1   22(3).Значения 1 и 2 измерить три раза.№1,град.2,град.0В,град.0В,град.(среднее)Таблица данных 2 (%)0В,град.123112. Проверка закона Малюса.

Вывод рабочей формулыСогласно закону Малюса интенсивность света I, прошедшего черезполяроид B , зависит от угла  между направлениями пропусканияполяроидов A и B , т.е.I  I0 cos2  ,(4)где I0 — интенсивность света, падающего на поляроид B . Эта формуласправедлива для идеальных поляроидов. Поляроиды, выпускаемыепромышленность, не обеспечивают полную поляризацию света и, кроме того,поглощают часть световой энергии, проходящей через них. Поэтомуинтенсивность света, падающего на поляроид B , может быть представленав виде двух слагаемых: интенсивности поляризованной компоненты I поляр.

иинтенсивности неполяризованной компоненты Iестеств. , т.е.I0  I поляр.  I естеств. .(5)Так как потери энергии имеются как в поляризованной, так и в естественнойкомпонентах, то закон Малюса (4) для поляроидов можно записать в виде:1I  ( I поляр.  I потерь ) cos 2   ( I естеств.  I потерь ) ,2(6)см. стр. 176 пособия ―Электромагнетизм и волновая оптика‖.Введем обозначения:A  I поляр.  I потерьB  I естеств.  I потерь .(7)Равенство (6) теперь можно переписать в видеI  A cos 2   B .(8)Коэффициенты A и B не трудно найти, если измерить интенсивности Iдля случаев  2и  0.I  I min  BI  I max  A  B .(9)Из соотношений (9) имеемB  I minA  I max  I min(10).Подставив значения A и B в (8), получаемI  ( I max  I min ) cos2   I min .(11)12Показания стрелочного индикатора  регистрирующего устройства 21пропорциональны интенсивности I света, падающего на фотоприемник 20  kI ,(12)где k — коэффициент пропорциональности.

Поэтому равенство (11) сучетом (12) можно переписать в виде  (max  min ) cos2   min ,(13)  min cos2 .max  min(14)илиОтносительно cos 2  уравнение (14) представляет собой прямую с тангенсомугла наклона, равным единице, проходящую через начало координат.YX,(15)гдеY  min, X  cos 2  .max  min(16)При min  max можно положить min  0 .В упражнении производится экспериментальная проверка соотношения(15).Проведение измеренийа.

Поляроид B установить в положение, при котором угол  междунаправлениями пропускания поляроидов A и B равен 90°. Еслиположение поляроида A после выполнения упражнения №1 не изменялось(проверить), т.е. поляроид A находится в состоянии с горизонтальнымрасположением направления пропускания, то для этого достаточно противметки 11 поляроида B установить среднее значение 0 B , взятое из таблицыданных №2.б. Повернуть поляроид B на 90° в произвольном направлении. Втаком положении интенсивность света, прошедшего через поляроид Bбудет максимальной и соответствовать отсчету  max по шкале 18. Изменяянапряжение накала лампы, установить max  70дел. .в. Вернуть поляроид B в первоначальное положение. Записать втаблицу данных № 3 значение   900 и показания min регистрирующегоустройства 21.г.

измерить очередное значение  при   800 . Для этого повернутьполяроид B на 10° в направлении  max (угол поворота отсчитать по шкале18). Записать полученное значение  и  в таблицу данных № 3.13д. Измерить  для углов  = 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10 и 0 градусов,всякий раз поворачивая поляроид B в направлении  max .Результаты всех измерений записать в таблицу данных № 3. Порезультатам измерений вычислить и записать в таблицу данных № 3значения X и Y .При отчете представить заполненные таблицы данных № 2 и № 3 играфик Y  f ( X ) на миллиметровой бумаге. При построении графика на осяхX и Y выбрать одинаковый масштаб. Значения X и Y , равные 0,1,отстоят от начала координат на расстоянии 10 мм.№1, град.902..1080..0 , деленийТаблица данных 3.yx min maxЛИТЕРАТУРА1.

Белов Д.В. ―Электромагнетизм и волновая оптика‖ Изд. МГУ, 1994г. часть 2-я глава III §§ 36,43.2. Савельев И.В. «Курс общей физики». Учебное пособие в 5 кн. Кн. 4«Волновая оптика». М. Наука. Физматлит. 1998.Ч. II. Оптика. Гл. 6. Поляризация света.6.1 - Естественный и поляризованный свет.6.2 – Поляризация при отражении и преломлении .6.3- Поляризация при двойном лучепреломлении.14.