Контрольные вопросы

1.Естественный и поляризованный свет. Плоскополяризованный

свет.

2.Методы получения плоскополяризованного света.

3.Закон Малюса.

4.Как с помощью поляроида можно отличить плоскополяризованный свет от естественного?

Л АБОРАТ ОРНАЯ РАБОТ А № 7–7

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА

Цель работы: проверить экспериментально закон Малюса. Приборы и принадлежности: источник света, поляризаторы (П1,

П2), собирающая линза (Л2), фоторезистор (ФР), гальванометр (Г).

Краткая теория

Свет является электромагнитной волной, т. е. волной, в которой происходят колебания векторов напряженности электрического поля E и напряженности магнитного поля H . Электромагнитная волна поперечная, так как колебания напряженностей E и H перпендикулярны направлению ее распространения (рис. 7.1).

Рис. 7.1

42

Рис. 7.2

Таким образом, три вектора E , H и скорость распространения волнового фронта V взаимно перпендикулярны и образуют правовинтовую тройку векторов. Как показывает опыт, физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другие действия света вызываются колебаниями напряженности электрического поля. Поэтому вектор напряженности электрического поля E принято называть световым вектором. В дальнейшем будем говорить только о векторе E (направление вектора H всегда можно определить, зная направление E ).

Естественный свет, т. е. свет, испускаемый обычными световыми источниками, есть совокупность световых волн со всевозможными направлениями колебаний напряженности электрического поля E , перпендикулярными к направлению распространения света, быстро и беспорядочно сменяющими друг друга

(рис. 7.2).

Свет, направление колебаний в котором упорядочено каким-либо образом, называют поляризованным. Свет, в котором имеется единственное направление

колебаний напряженности E (а следовательно, и H ), называют плоскополяризованным. При этом плоскость, в которой колеблется вектор напряженности электрического поля E , называется плоскостью поляризации.

Для получения плоскополяризованного света используют специальные устройства, называемые поляризаторами. Существует много типов таких устройств: кристаллы, стеклянные призмы, поляроиды. Их действие основывается на поляризации света при его отражении и преломлении на границе раздела двух диэлектрических сред, а также на явлении двойного лучепреломления и дихроизме.

Глаз человека не различает степени поляризации света, поэтому во всех исследованиях по поляризации необходимо иметь тот или иной анализатор. Анализ поляризованного света осуществляется с помощью поляризационных приборов. Если поляризационный прибор используется для получения поляризованного света, то он называется поляризатором. При использовании прибора для анализа поляризованного света его называют анализатором.

43

Рассмотрим прохождение естественного света последовательно через два идеальных поляроида П1 и П2, плоскости которых развернуты на некоторый угол φ (рис. 7.3). На рисунке xx′, yy' – плоскости поляроидов, т. е. каждый из поляризаторов пропускает только колебания вектора напряженности E , происходящие в указанной плоскости.

Рис. 7.3

Вектор EП световой волны после первого поляроида будет параллелен xx′, а интенсивность JП составит половину интенсивности естественного света Jест:

	JП =	Jест	.	(7.1)
		2

Этот поляроид называют поляризатором, так как после него естественный свет стал поляризованным. При вращении поляризатора вокруг направления естественного луча интенсивность прошедшего света остается одной и той же, изменяется лишь ориентация плоскости колебания света, выходящего из прибора. Второй поляроид служит для анализа падающего на него света. После второго поляроида останется лишь вектор EА , параллельный его плоскости yy', EА = EП cosϕ.

Так как интенсивность света J ~ E 2 , то после второго поляроида интенсивность будет равна

JА = JП cos2 ϕ =	1	Jест cos2 ϕ.	(7.2)
	2

Полученное соотношение между интенсивностями носит название закона Малюса. Интенсивность света будет максимальной в том случае, когда φ = 0 (плоскости поляризатора и анализатора парал-

44

лельны). При φ = π2 (говорят, что поляризатор и анализатор скреще-

ны) интенсивность света на выходе из анализатора равна нулю, т. е. скрещенные поляризаторы света не пропускают. Таким образом, интенсивность прошедшего света будет изменяться в пределах от Jmin

до Jmax , причем переход от одного из этих значений к другому будет совершаться при повороте на угол, равный π2 .

Реально прохождение света через анализатор и поляризатор связано с потерями световой энергии, т. е. свет при выходе из них имеет

интенсивность меньшую, чем J2ест . Отношение интенсивности света,

реально выходящего из поляризатора (или анализатора), к интенсивности выходящего света при отсутствии потерь можно назвать коэффициентом пропускания k. Следовательно, если и в поляризаторе, и в анализаторе присутствуют потери, то интенсивность естественного света после прохождения поляризатора и анализатора будет определяться соотношением

J =	1	JестkПkА cos2 ϕ,	(7.3)
	2

где kП и kА – коэффициенты пропускания поляризатора и анализатора соответственно.

Методика эксперимента

В данной работе измеряется не интенсивность света J, а сила фототока I. Поскольку J I, закон Малюса для измеряемой величины запишется следующим образом:

I = I0·cos2φ ,	(7.4)
I0 = (Imax – Imin),	I = (Ii – Imin),

где Ii – величина фототока, регистрируемая гальванометром; Imax – максимальное значение фототока, регистрируемого гальванометром, когда плоскости П1 и П2 параллельны; Imin – минимальное значение фототока, регистрируемого гальванометром, когда плоскости П1 и П2 перпендикулярны.

45