МУ-О-25 (1003774), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Получение и анализ линейно поляризованного света с помощью поляроидов.С лабораторным оборудованием необходимо обращаться очень бережно: не прикладывать усилий, не трогать оптические поверхности руками, не протирать их, принадлежности держать в коробках.Перечень используемого в работе оборудования приведен в конце методических указаний.Описание установки.Первые три и некоторые последующие задания выполняются на установке номер 1123АЛРис. 8(рис.8). Она состоит из лампы накаливания Л с колбой из молочного стекла и анализатора А(поляроида).
Между лампой и анализатором имеются вертикальные направляющие 1, 2 и 3, вкоторые можно вставлять кассеты с различными оптическими деталями – поляроид, двоякопреломляющий кристалл и т.д.У поляроидов заводского изготовления оправа состоит из двух колец. Одно из них спомощью резьбы закрепляется на пластине, а другое кольцо, имеющее для удобства насечку,можно поворачивать вместе с поляроидом. На вращающееся кольцо нанесены две точки, лежащие на одном диаметре. Соединяющая точки линия (назовем ее условно линией двух точек) связана с разрешенным направлением поляроида; как именно - вдоль или поперек разрешенного направления - Вы можете определить в задании 3 или 5.Выполнение задания.1.
Включить лампу в сеть 220 В. Между лампой и анализатором сначала не должно быть оптических деталей.Посмотрите на лампу через анализатор. Легко заметить, что поляроид ослабляет свет лампы(объясните это).Вращая поляроид, следите за яркостью лампы. Если яркость не изменялась, то какой выводможно сделать о поляризации света лампы?Повторите опыт, рассматривая через поляроид другие источники света - люминесцентныелампы, свет в окне (при этом используйте поляроид в виде отдельной детали - номер 10 или11).2. Выполнить наблюдения по схеме рис.7. Для этого в направляющие 1 (рис.8) вставить поляроид, закрепленный на пластине 70х70 мм (кассета 10).
Этот поляроид превращает естественный свет лампы в линейно поляризованный, т.е. служит поляризатором. Для удобстваанализа поляризованного света установите поляризатор в определенное положение, например, когда линия двух точек вертикальна.При медленном вращении анализатора наблюдайте изменение интенсивности света. Обрати-те внимание на связь между интенсивностью прошедшего света и взаимной ориентациейдвух поляроидов.Ответьте на вопрос - согласуется ли изменение интенсивности света при вращении анализатора качественно с законом Малюса? (Количественная проверка этого закона выполняется взадании 4.)3.
Установить анализатор в скрещенное положение с поляризатором. Между ними вставитьтретий поляроид (номер 11) и, вращая его, наблюдать изменение интенсивности света, прошедшего через три поляроида.06ъяснить наблюдаемое явление. Считая поляроиды идеальными, рассчитать, при каком положении третьего поляроида интенсивность прошедшего света максимальна и чему она равна.1.2. Двойное лучепреломлениеПри падении света на границу раздела диэлектриков, например, воздух - вода, воздух - стекло, вода - стекло под произвольным углом, отличным от нуля, обнаруживается изменениенаправления луча, его преломление. Угол «r» преломления связан с углом «i»sin i n2=, где n1 и n2 - показатели преломления обоихпадения известным соотношениемsin r n1cдиэлектриков, причем n = есть отношение скоростей света в вакууме и данном диэлектриvке, зависящее от диэлектрической проницаемости ε вещества. При нормальном падении света на границу раздела диэлектриков преломленный луч распространяется по направлениюпадающего.Однако существуют кристаллические диэлектрики, в которых явление преломлениявыглядит не так просто, и, на первый взгляд, имеет место нарушение закона преломления.Самым известным кристаллом с необычным преломлением является исландский шпат, представляющий собой кристаллизованный в виде гексагональной системы углекислый кальций.В природе этот минерал встречается в виде крупных и оптически чистых образцов, и до настоящего времени исландский шпат является достойным, хотя и не единственным, материа-ео78O 08101O 52′Рис.
9исландскийшпатРис. 10лом для изготовления оптических приборов, использующих поляризацию света.Кристалл исландского шпата можно обколоть в виде ромбоэдра. Ромбы, его ограничивающие, имеют углы 101°52' и 78°08' (рис. 9). При падении на такой кристалл световогопучка происходит образование двух преломленных пучков несколько различных направле-ний распространения. Если кристалл достаточно толстый, а падающий пучок света узкий, тоиз кристалла выходят два параллельных первоначальному направлению пучка, пространственно разделенные.
В силу такой особенности преломления кристаллы, подобные исландскому шпату, получили название двоякопреломляющих. Даже в том случае, когда пучок падает на грань кристалла по нормали (рис. 10), преломленный пучок разделяется на два, иодин из пучков внутри кристалла отклоняется от первоначального направления света.В частности, это отступление от обычного закона преломления дало повод назвать один излучей обыкновенным (о), а отклоняющийся луч - необыкновенным (е). Отличие в отклонении лучей показывает, что они имеют различные показатели преломления, причем показатель преломления обыкновенного луча постоянен при всех углах падения, а для необыкновенного луча nc зависит от направления: для λ = 5893 Å, no = 1,658, 1,.486 < ne< 1,658 (исландский шпат).Оба пучка, вышедшие из кристалла исландского шпата, оказываются полностью ли"нейно-поляризованными, но плоскости колебаний векторов E в обоих пучках перпендикулярны друг другу.
На выходе из кристалла оба пучка совершенно идентичны, за исключением пространственной ориентации плоскостей колебаний, поэтому термины «обыкновенный»и «необыкновенный» применимы к пучкам света лишь внутри кристалла.В кристалле исландского шпата существует одно определенное направление, вдолькоторого оба преломленных пучка (луча) обладают одним и тем же показателем преломления, т. е. вдоль которого они распространяются, не раздваиваясь и с одной скоростью, как вобычной изотропной среде.
Направление это составляет вполне определенные углы с ребрами естественного кристалла, и это направление принято называть оптической осью кристалла. Любая прямая, параллельная найденному направлению, является оптической осью кристалла. Через любую точку кристалла можно провести плоскость, проходящую через оптическую ось, такая плоскость называется главным сечением или главной плоскостью. Обычноглавное сечение проводят через падающий световой луч.плоскостьпадениянормальEPПAESOiБiБSплоскостьразделадиэлектриковESПrEPПРiБalS′ESПРб)a)Рис. 11Исследуя оба луча, вышедшие из двоякопреломляющего кристалла, с помощью пластинки турмалина или поляроида (анализатора), можно убедиться, что электрические коле-бания обыкновенного луча происходят перпендикулярно к главной плоскости, а необыкновенного - лежат в главной плоскости.Объяснение двойного лучепреломления в кристаллах с одной оптической осью быловпервые дано Гюйгенсом и познакомиться с ним можно в [1,2].
На большом различии no и neосновано применение исландского шпата для разделения лучей, поляризованных по взаимноперпендикулярным направлениям.Задание 2.В лабораторной установке двоякопреломляющий кристалл расположен между пластинами кассеты 14. При наблюдении прохождения света от обычного источника (лампа накаливания, люминесцентная лампа, солнечный свет) со стороны, противоположной той пластине, где сделано маленькое круглое отверстие, можно увидеть два световых пучка (пятна)одинаковой интенсивности (яркости). Детальное исследование прошедших кристалл пучковосуществляется на установке 1 (рис. 8), включающей в себя источник света Л, кассету с кристаллом и анализатор А.Выполнение задания1.
Включить лампу в сеть 220 В.2. Вставить кассету 14 с двоякопреломляющим кристаллом в держатели стойки направляющей 3 (рис.8).3. Вращать анализатор. Описать наблюдаемую закономерность. ( Изображение рассматривать через лупу).1.3. Поляризация света при отражении и преломлении в изотропном диэлектрикеПолучить линейно поляризованный свет можно не только используя кристаллы исландскогошпата, турмалин или поляроиды. Малюс обнаружил, что отраженный от стекла свет поляризован, правда, при произвольном угле падения степень его поляризации Р<1, т. е. он представляет собой смесь линейно поляризованного света и естественного.Меняя угол падения естественного света на плоскую границу стекла (или другого диэлектрика) можно найти такой угол падения (рис.
11а) i=iБ , при котором отраженный лучоказывается полностью поляризованным, причем колебания вектора E лежат в плоскости,перпендикулярной плоскости падения, т. е. образованной падающим и отраженным лучами(в этой же плоскости находится и нормаль к границе раздела, проходящая через точку падения луча). Угол полной поляризации связан- с относительным показателем преломления средследующим соотношением (закон Брюстера):n(5)tg(i Б )= n21 = 2n1 ,гдеn2 sin i(6)=n1 sin rСоотношение (6), называемое законом преломления, справедливо для любых углов падения.Из (5) и (6) следует, что при i = iБ лучи отраженный и преломленный перпендикулярны другдругу.
Анализ поляризации луча, распространяющегося во второй среде (рис. 11а), показал,что при любых углах падения преломленный луч частично поляризован, причем большую!!!!"интенсивность имеет составляющая, в которой вектор E ПР колеблется в плоскости падения,и наибольшей поляризации преломленный луч достигает при падении свет а на границу раздела диэлектриков под углом Брюстера.Учитывая, что коэффициент отражения света на границе прозрачного диэлектрикамал, можно считать, что практического интереса для получения поляризованного света такойспособ не представляет, да и степень поляризации проходящего света составляет ≈ 0,15. Ес-ли же преломленные лучи подвергнуть второму, третьему и т. д.
преломлениям, то, конечно,степень поляризации преломленных лучей возрастет. При 8-10 пластинках обычного стеклапри падении света под углом Брюстера (при nст = 1,5 ϕБ ≅ 63°) и прошедший и отраженныйсвет практически становится вполне поляризованным, при этом интенсивности отраженногои прошедшего пучков будут равными между собой и составят (если не учитывать потерь напоглощение) около половины интенсивности падающего света. Плоскости колебаний пучковбудут взаимно перпендикулярными. Такая группа пластинок (рис. 12) называется стопой иможет служить поляризатором или анализатором.Задание 3. Демонстрация поляризации света при отражении от диэлектрикаP=0P>0,5γРис. 12Описание установкиВ качестве протяженного источника естественного света используется люминесцентная лампа демонстрационного прибора 5.
Свет от нее падает на полированную поверхность диэлектрика. Изображение горизонтально расположенного источника света в диэлектрическом зеркале можно наблюдать через поляроид.Выполнение задания.1. Включить лампу в сеть 220 В.2. Меняя угол зрения, наблюдать горизонтальное мнимое изображение лампы в зеркале.3. С помощью поляроида найти такой угол наблюдения, при котором поворот поляроида вокруг луча приводил бы к изменениям яркости частей лампы.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
