МУ-О-25 (1003774), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Объяснить, почему не вся длина изображения лампы при наблюдении ее через поляроидимеет одинаковую яркость, и изменения яркости при вращении поляроида происходят поразному в разных местах изображениях.Задание 4. Изучение закона Малюса.Описание установкиЗадание выполняется на установке 2, разработанной на основе промышленного прибора поляриметра кругового СМ - 3 ( рис.
13 ). На основании поляриметра закреплён корпус, в верхней части которого крепится головка анализатора, имеющая два окна для отсчёта угла поворота анализатора.Вращение анализатора осуществляется специальной ручкой, связанной с лимбом, имеющим360 градусную шкалу.
Цена деления шкалы лимба 0,5°.Отсчётное устройство углов поворота включает в себя два диаметрально расположенных нониуса с ценой деления 0,02°. При выполнении данного задания спектральная натриевая лампа как источник света ( λ = 589 мм ), расположенная в корпусе на задней части основания, неиспользуется. Вместо неё применяется обычная лампа накаливания со сплошным спектром,располагаемая в кюветном отделении.
Поляризация света осуществляется поляроидом (деталь 12), помещаемым между лампой и головкой анализатора в кюветное отделение. Анализинтенсивности света, прошедшего поляризатор и анализатор, возможен непосредственноглазом, но для количественной проверки закона Малюса используется фотоэлектрическийприёмник на основе сурьмяно-цезиевого вакуумного фотоэлемента (дет. 3), питающегося отвыпрямителя напряжения (4), закреплённого на основании поляриметра. Пропорциональноетоку фотоэлемента напряжение регистрируется вольтметром (В7 - 22а или другим, с пределом измерения 0,2 В)4561 – корпус2 – ручка вращения лимба3 – головка анализатора4 – окно шкалы лимба5 – кюветное отделение6 – корпус лампы7- кюветы3217Рис. 13Выполнение задания1.
Шкалу анализатора с помощью ручки вращения лимба установить на 90°.2. В кюветное отделение перед осветителем положить поляризатор (дет. 12), на расстояние≈ 5см. от лампы.3. Включить осветитель кнопкой на источнике питания и, поворачивая поляризатор вокругоси, добиться наибольшего затемнения поля зрения.4. Вращая анализатор на 90° в обоих направлениях, т.е. в пределах углов от 0° до 180°, убедиться в плавном просветлении поля зрения до максимального значения.5.
К окуляру анализатора приставить входное отверстие фотоэлектрического приёмника.Проверить подключение электрических цепей в соответствии со схемой, приведённой на панели блока питания (дет. 4) фотоприёмника. Включить вольтметр кнопкой на источнике питания, осветитель и источник питания фотоэлемента.6. Поворачивая анализатор от 90° до 0° с шагом 10°, зафиксировать соответствующие этимуглам значения напряжения. На миллиметровой бумаге построить график зависимостиU= f(cos 2ϕ ) , где ϕ - угловое положение плоскости анализатора, измеренное с помощьюU maxотсчётного устройства анализаторной головки.
Линейный характер зависимости служит подтверждением справедливости закона Малюса (формула 2).Задание 5. Измерение угла Брюстера.Описание установки.Для наблюдения поляризации света при отражении его от границы раздела воздухдиэлектрик используется установка 6, состоящая из диэлектрической площадки, для удобства наблюдения расположенной под некоторым углом к плоскости стола, и источника света ввиде нитевидной лампы накаливания, яркость свечения которой можно изменять с помощьютумблера. Рядом с диэлектрической пластинкой находится измерительная линейка, а нитьлампы расположена так, что ее изображение в отраженном свете параллельно штрихам ли-нейки.Выполнение задания.1.
Вставить в сетевую розетку вилку источника питания нитевидной лампы установки 6.2. Включить проходной выключатель сеть на сетевом проводе установки и переключателемяркости лампы установить приемлемую яркость нити. Найти изображение нити в отражённом от верхней границы диэлектрика свете.3. Используя поляроид (дет. 10) как анализатор, убедиться в том, что отражённый свет является поляризованным. Для этого, рассматривая отражение нити, вращать поляроид вместе соправой вокруг оси отражённого пучка света. Найти положение поляроида при котором интенсивность отражённого света минимальна при данном направлении наблюдения. Проверить параллельность нити (или её изображения) линии, проведенной через две метки оправыполяриметра (это «след» плоскости наименьшего пропускания, плоскости, перпендикулярной плоскости поляризации).4.
Сохраняя положение плоскости поляризатора (или линии двух точек ), изменить угол наблюдения отражения нити так, чтобы получить максимальное затемнение изображения нити.Не меняя направления наблюдения, убрать руку с оправой анализатора и заметить, противкакого деления линейки расположено изображение нити лампы. Это значение представляетсобой величину 1 в оптической схеме рис.
11б.5. 3америв величину «а», найти значение угла Брюстера по формуле:1(7)i Б =arctgа6. Оценить значение показателя преломления диэлектрика по формуле:(8)n2 = n1 ⋅ tg i Б , (n1 =1 для воздуха )7. Опыт 5 проделать несколько раз (3 - 5) и оценить погрешность определения угла Брюстера.8. Проверить работу в качестве поляризационного устройства набора из 10 тонких плоскопараллельных стеклянных пластинок («стопа», деталь 13). С этой целью на пути света от матовой лампы установки 1 поместить стопу 13 и подобрать её пространственное положение так(рис. 12), чтобы вращением анализатора установки можно было обнаружить изменение ин"тенсивности проходящего света. Определить пространственное положение вектора E впрошедшей волне, соответствующей максимальной интенсивности на выходе из анализатора"и убедиться, что максимальную интенсивность в прошедшем свете имеют волны, вектор Eкоторых лежит в плоскости падения (см.
замечание в «Задании 1»)2. Вращение плоскости поляризацииРаспространение света в кристалле в направлении оптической оси казалось бы недолжно отличаться от распространения света в однородной среде, т. к. здесь не обнаруживается двойного лучепреломления. Однако на примере кристалла кварца было обнаружено, чтопри распространении света вдоль оптической оси пластинки осуществлялся поворот плоскости поляризации линейно поляризованного света. Кроме кварца способностью вращать плоскость поляризации обладают и другие кристаллические соединения, а также аморфныевещества.
Все они называются оптически активными. В качестве примера веществ с естественной оптической активностью можно привести скипидар, камфору, никотин, раствор сахара, киноварь, биологические макромолекулы и др.Положение плоскости поляризации принято определять относительно наблюдателя,смотрящего навстречу лучу.
Если плоскость поляризации поворачивается веществом по часовой стрелке, то среда называется правовращающей, при повороте плоскости поляризациипротив часовой стрелки имеем дело с левовращающим веществом. Опыт показывает, чтокварц встречается как право-, так и левовращающий, причем оба вида кварцев отличаются ипо своей внешней кристаллической форме: одни из них являются зеркальным отображениемдругого.Жидкие оптически активные среды также могут встречаться в двух модификациях ле-во- и правовращающей.Схема опыта для наблюдения вращения плоскости поляризации веществом изображена на рис.
14. Угол поворота плоскости поляризации с невысокой точностью определяется врезультате двух установок на темноту: в отсутствии и в присутствии активного вещества.Меняя светофильтр Ф, можно обнаружить, что угол поворота плоскости поляризации дляПоптическиактивнаясредаФJЕСТАϕРис. 141.
Поэтому для сравнения вращательнойλ2способности различных веществ измерения осуществляют на одной длине волны, обычноэто 589 нм.Для кристаллических веществ экспериментально было установлено, что φ=α⋅l , здесь l - длина оптически активной среды в направлении луча света.На основе опытов, проведенных Био с растворами, установлено, что φ=α⋅С⋅l, где α – постоянная вращения, удельная вращательная способность, зависящая от рода вещества, длины1волны α ~ 2 и температуры; С - концентрация раствора, а l - длина пути света в растворе.λПодобные опыты лежат в основе метода определения концентрации оптически активноговещества по углу поворота плоскости поляризации. В частности, таким методом пользуютсядля нахождения концентрации сахара в производственных растворах и биологических объектах (кровь, моча).
Для достижения высокой точности измерений используются специальразных длин волн различен, и коэффициента α ~JЕСТФПрАОкулярКюветас О.А.веществомрл.вр.кварцпр.вр.кварцАОтсчетноеустройствоРис. 15ные устройства - полутеневые анализаторы, работающие следующим образом (рис. 15). Светот источника проходит через оптическую систему, содержащую светофильтр, поляризатор ипластинку, склеенную из лево- и правовращающего кварцев.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
