Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

839

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
1.02 Mб
Скачать

Министерство образования Российской Федерации

Московская государственная академия Тонкой химической технологии им.М.В.Ломоносова

Кафедра физики

Н.В. Зубова

Проверка закона Малюса (ПС2).

Определение концентрации сахара в

растворе по углу вращения плоскости

поляризации (ПС3).

(учебно-методическое пособие)

Москва 2000

http://www.mitht.ru/e-library

УДК 535(076.5)

Зубова Н.В. Проверка закона Малюса (ПС2).

Определение концентрации сахара в растворе по углу

вращения плоскости поляризации (ПС3).-Уч.-метод.

пособие/ИПЦ МИТХТ, 1999, стр.23, табл.3, РИС.11

Методическая разработка предназначена для

студентов второго курса, изучающих курс оптики.

В методическом пособии кратко изложены теоретические основы лабораторных работ; приведены

схемы и описания экспериментальных установок; даны

методические указания по обработке результатов

измерений; представлены контрольные вопросы и литература, нео:,,,с' y.,!t ,~e ,r../,"'" '/CROt:.···' .,.j ~3i'1·:.3;~'I()ro

материала.

http://www.mitht.ru/e-library

-3-

Лабораторная работа ПС2

Проверка закона Малюса

1. Цель работы

Получение поляризованного света и проверка закона Малюса.

2. Теоретические основы работы

Световые волны волны электромагнитные. в

электромагнитной волне одновременно происходят колебания

напряж~нности электрического и магнитного полей, причем вектор

напряж~нности электрического поля Е магнитного поля Й перпендикулярны

и вектор напряж~нности

друг другу и лежат в

плоскости, перпендикулярной лучу. Такие волны называются

поперечными. В поперечной волне, в отличие от продольной,

направление колебаний не зада~тся однозначно направлением e~

распространения. При заданном направление луча вектор Е

может, вообще говоря, совершать колебания во всех

направлениях, лежащих в плоскости, перпендикулярной лучу.

Как показывает опыт, физиологическое, фотохимическое,

фотоэлектрическое и другие действия света вызываются

колебаниями электрического поля. Поэтому часто говорят о

световом векторе, имея в виду вектор напряж~нности

электрического поля, или, вернее, вектор электрической индукции

http://www.mitht.ru/e-library

-4-

t5, совпадающий по направлению с вектором Е в изотропных

телах; в анизотропных телах вектор t5 в общем случае не

совпадает по направлению с вектором Е.

Нужно различать три состояния световых волн:

неполяризованное (естественное), поляризованное, частично

поляризованное.

Электромагнитная (световая) волна, для которой направление

колебаний вектора Ё не ограничено никакими дополнительными

условиями, называется естественной.

Электромагнитная волна называется поляризованной, если

колебания e~ электрического вектора определ~нным образом

упорядочены по отношению к лучу.

- --- - - - -- - - - --

Рис.1. Мгновенное состояние плоскополяризованной вОЛНbI

Световая волна, колебания вектора Е которой лежат в одной

плоскости,

проходящей

через

луч,

называется

плоскополяризованной, или линейно поляризованной.

http://www.mitht.ru/e-library

-5-

Мгновенное состояние такой волны, распространяющейся от

вибратора О вдоль направления OZ, представлено на рис.1.

Здесь во всех точках вдоль луча колебания вектора Е

происходят в одной и той же плоскости XOZ, проходящей через луч

и называющейся плоскостью поляризации.

Если колебания вектора Е совершаются так, что конец вектора

описывают круг или эллипс, то свет называется соответственно

или поляризованным по кругу, или эллиптически поляризованным.

ЛУЧ

1 ЛУЧ

 

()

Рuс.2. Колебания светового вектора:

а) в естественном свете;

б) в nлоскоnоляризованной волне;

в) в частично поляризованном свете.

Солнечный свет, свет от ламп накаливания, люминесцентных

ламп является неПОЛЯРИ30ванным (естественным), т.к. каждый

источник является совокупностью множества самостоятельных

излучателей световых волн - отдельных атомов, посылающих

http://www.mitht.ru/e-library

- б-

электромагнитные волны. В результирующей волне различные

направления колебания вектора Ё представлены с равной

вероятностью и изображены на рис.2,а(1). Эти колебания в каждый

момент времени могут быть представлены как сумма двух взаимно

перпендикулярных световых векторов, которые являются

результатом проектирования множество векторов на два взаимно

перпендикулярных направления (рис.2,а(2)).

В плоскости, перпендикулярной направлению луча, колебания

вектора Е в случае плоскополяризованной волны имеют вид,

изобраЖённый на рис.2,б.

Свет, в котором колебания одного направления преобладают

над колебаниями других направлений, называются частично

поляризованным. В такой световой волне среднее значение

амплитуды колебаний одного направления больше, чем для других

направлений, причём величина амплитуды меняется закономерно

от наибольшего значения до наименьшего (рис.2,в.(1 и 2)).

Естественный свет можно поляризовать. Рассмотрим некоторые способы получения поляризованного света.

1). Поляризация света при отражении.

Исследования показали, что при отражении на границе двух

изотропных диэлектриков свет всегда хотя бы частично

поляризован, если угол падения не равен нулю или ~.

Существует такой угол падения ~, при котором отражённый луч

полностью поляризован. ЭТОТ угол удовлетворяет условию (закон

Брюстера):

http://www.mitht.ru/e-library

- 7-

где n - относительный показатель преломления двух сред, 13 -

угол Брюстера.

Рuс.З. Поляризация света при отражении:

а) общее представление,

б) представление в плоскости падения.

Для обычного стекла (п =1,52) угол Брюстера (3 = 57'.

Если естественный свет от источника О падает на поверхность

диэлектрика d под углом ~ (рис.З), то отражённый от диэлектрика

луч полностью поляризован и при этом колебания светового

вектора происходят перпендикулярно плоскости падения луча

АВСЕ.

2) Поляризация света при преломлении.

ПреЛОМЛённый луч также является поляризованным, но всегда

частично, даже при падении луча под углом полной поляризации.

http://www.mitht.ru/e-library

-8-

При падении естественного света под углом Брюстера

интенсивность отраЖённого света меньше, чем интенсивность

преЛОМЛённого.

Как следует из формул Френеля, преломлённый луч при падении света под углом Брюстера оказывается частично поляризованным. Так, у обычного стекла степень поляризации преломлённого света составляет 15%.

При других углах падения доля поляризованного света в

преломлённом луче будет ещё меньше.

Если преломлённый луч подвергнуть второму, третьему и т.Д.

преломлению, то степень поляризации преломлённых лучей

возрастет. Стопа из 10-15 стеклянных пластинок почти полностью

поляризует свет, падающий на неё под углом Брюстера.

ЗУ. Поляризация света лри двойном лучепреломлении.

Некоторые прозрачные кристаллы в силу их анизотропности,

Т.е. способности по-разному пропускать световые колебания вдоль

различных направлений кристаллической решётки, превращают

естественный свет в линейно поляризованный. Это явление связано с двойным лучепреломлением, а именно: если,

например, на кристалл исландского шпата (кальцита СаСОз)

направить узкий пучок естественного света, то из кристалла выйдут

два пучка света параллельно друг другу (рис.4,а).

Один из лучей подчиняется обычным законам геометрической

оптики при отражении и преломлении его на гранях кристалла. Он

получил название обыкновенного луча и обозначается буквой О.

http://www.mitht.ru/e-library

-9-

а

РUС.4. Двойное лучепреломление в кристаллах

Другой же луч получил название необыкновенного и

обозначается буквой е; он не подчиняется обычным законам

преломления:

- необыкновенный луч преломляется даже при нормальном

падении, если его направление в кристалле не параллельно и не

перпендикулярно направлению оптической оси кристалла 00'(см.

рис.4,а);

-преломляясь, он не всегда лежит в плоскости падения;

-показатель преломления этого луча непостоянен, он зависит

от направления распространения световой волны (луча) в

кристалле;

-при вращении кристалла вокруг направления падающего

нормально на грань кристалла луча необыкновенный луч

вращается вокруг неподвижного обыкновенного луча, если его

направление в кристалле не параллельно и не перпендикулярно

направлению оптической оси кристалла.

Однако в анизотропных одноосных кристаллах существует одно

определённое направление, вдоль которого оба преломлённых

луча распространяются не раздваиваясь и обладают одинаковой

скоростью. Это направление называется оптической осью

http://www.mitht.ru/e-library

- 10-

кристалла. Таким образом, оптическая ось является не какой-то

избранной линией, а определённым направлением в кристалле.

Например, в исландском шпате направлением оптической оси

является любое направление, параллельное диагонали 00'

(рис.4,а), соединяющей тупые углы ромбоэдра Любая плоскость,

проходящая через оптическую ось, называется главным

сечением, или главной плоскостью, кристалла. Обычно пользуются главным сечением, проходящим через световой луч и

оптическую ось кристалла.

Обыкновенный и необыкновенный лучи по выходе из кристалла

поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Колебания светового вектора обыкновенного луча происходят перпендикулярно главной плоско~ти кристалла, а колебания светового вектора необыкновенного луча - в главной плоскости

кристалла (рисА,б).

Из исландского шпата можно изготовить поляризационную

призму, которая называется призмой Николя, или просто николем.

4). Поляризация света с использованием дихроизма.

Дихроизм

свойство некоторых двоякопреломляющих

кристаллов сильнее поглощать один из двух поляризованных

лучей - обыкновенный или необыкновенный, причём степень этого

поглощения зависит от ориентации падающего луча по отношению

к кристаллу и от длины световой волны. Например, в турмалине

гораздо сильнее поглощается обыкновенный луч по сравнению с

не

http://www.mitht.ru/e-library

Соседние файлы в предмете Физика