МУ-О-322 (1003800), страница 3
Текст из файла (страница 3)
При γ = 0° иγ = 90° хроматическое слагаемое обращается в нуль и цветовая окраска исчезает.Интересное явление имеет место при повороте, например, анализатора на угол 90°. Подставляя в (12) вместо α - α+π/2, вместо β - β+π/2, будем иметьI a′ = I p (sin 2 α + sin 2γ sin 2 β sin 2∆ϕ)2(15)Сложив (12) и (15), получимI′a+Ia=Ip , I′a =Ip- Ia.Это означает, что поворот анализатора на 90° изменяет цвет на дополнительный.
(Дополнительными называются смешанные или спектральные цвета, дополняющие друг друга до белого.13Иными словами, сложив спектры при двух положениях анализатора, мы получим исходныйспектр).Следует заметить, что с помощью описанного устройства нельзя выделить из белого света монохроматические цвета, так как цветовую окраску создают одновременно все участкиспектра, в различной степени ослабленные или усиленные интерференцией.7. Искусственная анизотропияВ изотропном веществе за счет внешнего воздействия может быть создана анизотропнаяструктура, обладающая оптическими свойствами кристаллов.Как известно, искусственное двойное лучепреломление пропорционально объемнойплотности энергии, запасенной в материале благодаря внешнему воздействию:∆n∼dW/dVДля воздействий разной физической природы справедливы следующие соотношения.Для электрического поля (эффект Керра):∆n=Bλ0E2,где В - постоянная Керра, λ0 - длина волны света в вакууме.Для магнитного поля (эффект Коттона - Mутона):∆n=Kλ0H2,где Н - напряженность магнитного поля, К - постоянная Коттона-Mутона.Для механического одностороннего сжатия или растяжения (это явление называют фотоупругостью):∆n=χσ,где σ - нормальное напряжение, χ - коэффициент, зависящий от свойств вещества.Во всех случаях 00 возникающей кристаллической структуры совпадает по направлению с со! ! !ответствующим вектором ( E , H ,σ ).
Предполагается, что свет распространяется перпендикулярно 00.Искусственная оптическая активность также может вызываться магнитным полем (эффект Фарадея)∆n ∼ α=VH,где α - постоянная вращения, V - постоянная Верде.Явление, сходное с фотоупругостью, возникает при закручивании аморфного материала:у него появляется оптическая активность вдоль оси закручивания.
При этом плоскость колебаний волны поворачивается обратно направлению закручивания.14Искусственная анизотропия широко применяется в технике. Например, эффект Керраиспользуют в быстродействующих фотозатворах при скоростной фотосъемке, фотомодуляторахдля оптической связи и т.д. Явление фотоупругости лежит в основе экспериментального изучения механических напряжений в сложных конструкциях на моделях из прозрачных материалов.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬЭкспериментальная установкаЭксперимент предусматривает выполнение шести опытов на поляриметре ПКС-250M,внешний вид которого показан на рис.
10, а устройство поясняется на рис. 11 (номера общихпозиций на обоих рисунках совпадают).Внутри корпуса 1 расположен источник света 2 - мощная лампа накаливания. Лампавключается педалью 3 только на время наблюдений. Свет лампы направляется конденсором 4на зеркало 5. Отразившись от зеркала, свет проходит через поляризатор 6, матовое стекло 7 инаблюдается сквозь поворотный анализатор 3.
Поворотом кольца 9 перед анализатором 8 можно установить зеленый (λ= 572 нм) светофильтр 10. Анализатор 8 может быть заменен большимнеподвижным анализатором 11. Ориентация главного сечения поляризатора б обозначена напанели прибора символами «р-р», а анализаторов 8 и 11 - символами «а-а».В верхней части корпуса, а также около анализатора 8 имеются переключатели 12 и 13, спомощью которых в схему вводят фазовые четвертьволновые пластины 14 и 15. Схема, изображенная на рис.
11, соответствует положению «О» обоих переключателей, когда обе пластины выведены. Пластина 14 вводится поворотом переключателя 12 в положение «К», пластина15 - поворотом переключателя 13 в положение «λ/4».Толщина каждой четвертьволновой пластины (14 или 15) подобрана так, что фазовый сдвиг составляет ровно π/2 для λ=572 нм.Выполнение экспериментаЗадание 1. Качественная проверка закона Малюса (см. § I, § 5).1. Поверните переключатели 12 и 13 в положение «О», тем самым на пути световых лучей помещаются друг за другом поляризатор и анализатор. Нажмите педаль и, вращая анализатор 8,наблюдайте периодические изменения яркости.2.
Учитывая ориентацию главных сечений поляризатора и анализатора, обозначенных «р-р» и«а-а», определите, при каких углах между ними наблюдаются максимум (αmax) и минимум(αmin) яркости.3. Обработка результатов.- Приведите значения αmax и αmin, cформулируйте вывод о выполнении закона Малюса.Задание 2. Получение и анализ света с круговой поляризацией (см. § I, § 5).15I. Переключатель 13 поверните в положение «λ/4». Тем самым в схему прибора вводится до-полнительно первая четвертьволновая пластина. Переключатель 12 оставьте в положении «О».16Поверните кольцо 9 и введите зеленый светофильтр 10.
Нажмите педаль и вращайте анализатор8. При наличии в схеме одной четвертьволновой пластины затемнения поля зрения не происходит. Следовательно, свет теперь не является плоскополяризованным. Практическая независимость яркости от положения анализатора говорит о круговой поляризации (если яркость привращении анализатора меняется, имеет место эллиптическая поляризация).2. Повернув переключатель 12 в положение «К», введите вторую четвертьволновую пластину.Нажмите педаль, вращайте анализатор 8.
Периодическое затемнение поля зрения указывает наплоскую поляризацию света. Таким образом, вторая четвертьволновая пластина превращаетсвет, поляризованный по кругу, в плоскополяризованный.3. Обработка результатов. Изобразите на рисунке и кратко поясните:а) схему получения света с круговой поляризацией;б) схему обнаружения света с круговой поляризацией.Задание 3. Идентификация обыкновенного и необыкновенного лучей в кристалле исландскогошпата (си.
§ 2, § 5).1.Переключатель 12 поверните в полонение «0», переключатель 13 - в положение «λ/4» выведите светофильтр кольцом 9. Поместите препарат с кристаллом исландского шпата на матовоестекло диафрагмой вниз. Наблюдайте раздвоенное изображение отверстия диафрагмы.На кристалл в этом опыте падает свет, поляризованный по кругу. Однако он проявляет себя какнеполяризованный. Направление 00 указано на оправе. Проверить правильность обозначенияможно простым опытом. На белой бумаге проведите прямую линию и, глядя на нее сквозь кристалл, найдите положение кристалла, при котором линия не раздваивается.
Она и укажет направление 00.2. Вращайте анализатор 8 и убедитесь, что оба изображения созданы лучами, которые линейнополяризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.3. Устанавливая главное сечение анализатора «а-а» параллельно 00 или перпендикулярно 00,выделите необыкновенный или обыкновенный лучи соответственно.4. Обработка результатов. Схематически покажите взаимное положение 00 кристалла и главного сечения анализатора «а-а», при которых выделяются обыкновенный и необыкновенный лучи.Задание 4. изучение оптической активности, проверка закона Био (см.
§ 5).1. Выведите фазовые пластины, установив переключатели 12 и 13 в положение «0», выведитесветофильтр. Поворотом анализатора 8 затемните поле зрения. Поместите кюветы с активнымивеществами (раствор сахара, скипидар и т.д.), и для контроля, с водой, на матовое стекло. Наблюдайте просветление всех кювет, кроме контрольной. Вращайте анализатор 8 и наблюдайтеизменение окраски кювет. Эффект не связан с двойным лучепреломлением, так как исследуе-17мые вещества не обладают кристаллической структурой! Просветление кювет вызывается поворотом плоскости колебаний активными веществами. Цветная окраска кювет объясняется тем,что угол поворота зависит от длины волны света (см.
формулу (6)), поэтому различные компоненты белого света после прохождения анализатора имеют различную интенсивность.2. Найдите значения углов поворота плоскости колебаний разными веществами. Для этого поверните анализатор 8 в положение 0°, при этом поле зрения должно быть темным. Введите зеленый светофильтр кольцом 9. Плавно поверните анализатор и найдите ближайшее к 0° положение анализатора, при котором происходит затемнение каждой из кювет. Значения углов поворота от 0° до данного положения с указанием знака занесите в табл.
I, Повторите измерения сзеленым фильтром не менее 5 раз, каждый раз возвращая анализатор в исходное положение 0°.3. Выведите зеленый светофильтр и повторите измерения, описанные в п. 2, с каждым из 2 - 3фильтров, приложенных к установке. Фильтры помещайте на окуляр.
Марку, значения среднейдлины волны λ и полуширины полосы пропускания ∆λ каждого фильтра записывайте в таблицу.Тип фильтраλ ± ∆λ , нмx=1 ∆x==2∆λ/λ3λ2Угол поворота θ, град.Номеркюветы12345∆yθ =y12...12......Примечание. Отдельно укажите номер, длину и содержимое каждой кюветы.4. Обработка результатов. Вычислите значения параметра x=1/λ2 и его погрешности ∆x=2∆λ/λ3для каждого фильтра. Найдите средние значения углов поворота θ = y для каждого фильтра икаждой кюветы.
Погрешность ∆y определите как полуширину доверительного интервала:∆y=tp,nσy, где σy - среднеквадратическая погрешность среднего, a tP,n - коэффициент Стьюдента.Для р = 0,95 и n = 5 значение tP,n=2,8. Постройте графики зависимости у(x) для каждой кюветы.Укажите на графиках погрешности ∆х и ∆у. Проведите по линейке прямые возможно ближе кэкспериментальным точкам. Сформулируйте вывод о линейности графиков и, следовательно, осправедливости закона Био для исследованных веществ.185. Если линейность графиков вызывает сомнение, то, по согласованию с преподавателем, ознакомьтесь с Приложением и выполняйте расчет на ЭВМ с целью определения вероятности соблюдения закона Био в вашем опыте.Задание 5..Наблюдение интерференции поляризованных лучей в анизотропной пленке и проверка «правила дополнительных цветов» (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
