12_Закон Малюса

фотометрический датчик для измерения интенсивности света и датчик угла поворота анализатора. Кроме того, к лабораторной установке относится и компьютер с необходимым программным обеспечением, и измерительные кабели.

Светодиоды – служат источником неполяризованного света, который хорошо заметен при открытой передней панели, если нажата кнопка ВКЛ.

Поляризатор – превращает свет светодиодов в плоско поляризованный свет, который затем и будет анализироваться при вращении анализатора.

Анализатор – по сути это второй поляризатор, расположенный последовательно после первого. Управление анализатором производится ручкой механического привода ( надпись «Анализатор»), вращающей анализатор по отношению к поляризатору.

Датчик угла поворота - должен измерять угол поворота плоскостей

поляризаций поляризатора и анализатора а и сообщать этот угол программе компьютера. На деле измеряется угол поворота W анализатора по отношению к некоторому начальному его положению, т.е. угол поворота анализатора по отношению к поляризатору содержит неизвестную датчику фиксированную погрешность W0, которую экспериментатор (студент) должен определить самостоятельно из своих экспериментальных данных и вручную внести поправку на эту погрешность в программу компьютера

(a=W-W0), после чего компьютер может провести корректные расчеты). Фотометрический датчик – измеряет интенсивность света, прошедшего

через анализатор и сообщает его программе компьютера.

Измерительные кабели – служат для связи компьютера и датчиков фотометрии и угла поворота (видны на фотографии слева от кнопки ВКЛ)

Схема лабораторной установки показана на рис.12.

Рис.12

11

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1.Включите компьютер и запустите программу «Практикум по физике».

Появится окно программы. В верхней его части нажмите кнопку для вызова меню лабораторных работ (рис.13).

Рис. 13

В меню лабораторных работ выберите «Изучение поляризации света. Закон Малюса» и нажмите экранную кнопку меню ОК.

2.Включите на передней панели установки кнопку ВКЛ (при приоткрытой передней панели будет виден красный свет светодиодов).

3.Установите анализатор в крайнее положение, вращая ручку «Анализатор» против часовой стрелки до упора.

4.Нажмите экранную кнопку «Запустить измерения» (кнопка с зеленым изображением) или нажмите комбинацию клавиш (Ctrl + S).

5.На экране появиться окно «Обработка» (рис.14).

Рис.14

В этом окне перейдите на вкладку «Таблица» (для проведения измерений). Появится окно, показанное на рис.15.

12

Рис.15

Таблица будет содержать три колонки: Номер (порядковый номер измерения), W (угол поворота анализатора в градусах ), U (сигнал в вольтах

сфотодатчика о яркости света после анализатора).

Втаблицу уже будет записан первый результат для угла поворота 0 градусов (в данном примере сигнал с фотодатчика равен 15 вольт). Но для фиксации в таблице этого результата надо нажать экранную кнопку с изображением дискеты («Дискета») – стандартная кнопка записи, принятая в

Windows.

Если это не сделать, то при вращении ручки поворота анализатора данные для этого первого измерения будут меняться.

6.После нажатия кнопки «Дискета» в таблице зафиксируется первое измерение и появится новая строка с номером измерения 2. Вращая ручку поворота анализатора, установите новый угол поворота около 5 (или 10) градусов.

Автоматически появятся во второй строке таблицы данные об угле поворота и величине сигнала с фотодатчика. Зафиксируйте и их в таблице кнопкой «Дискета».

7.Далее постоянно увеличивайте угол поворота на примерно на 5 (или 10) градусов и сохраняйте кнопкой «Дискета» в таблице данные о угле поворота и сигнале с фотодатчика, рис. 16

Рис. 16

13

Повторяйте все эти действия до достижения угла поворота около 270 градусов – это предельный угол поворота, допускаемый данной установкой.

8. Для окончания измерений надо нажать экранную кнопку «Остановить измерения» (красное изображение на кнопке) или нажать (Ctrl + T).

Результаты измерений (Номер, W, U ) не забудьте записать в тетради или листке для рабочих записей по лабораторной работе (так называемый «черновик») и по окончании занятия завизировать их у преподавателя или дежурного лаборанта. Эти данные лягут в основу будущего отчета по лабораторной работе.

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1.Перейдите на вкладку «График», где на график уже будут нанесены экспериментальные точки ваших измерений (рис.17).

Рис.17

2. Подберите начальное значение угла, соответствующее одинаковой ориентации поляризатора и анализатора (максимальное пропускание света, максимальный сигнал с фотодатчика). Например, судя по приведенным точкам графика на рис.17, это значение равно, примерно, 115 градусов. Эту поправку для угла поворота (обозначаемую как W0) надо ввести в колонку «Значение» таблицы на вкладке «Исх. данные» (рис. 18).

14

Рис.18 3.Вернитесь на вкладку «График» и нажмите там кнопку построения

графика . На рис.19 виден результат построения графика по полученным экспериментальным точкам.

Рис.19

Если зеленая кривая линия графика окажется смещенной влево или вправо по отношению к красным экспериментальным точкам, то повторите пункты 2,3 с уточнением величины «Исх. данные» до хорошего совпадения линии графика и экспериментальных точек (как на рис.19).

Примечание: перед нажатием кнопки построения графика не забудьте проконтролировать, что в окошке выпадающего списка функций (левый верхний угол вкладки «График») стоит функция вида Y=A COS2(W–W0), (рис.20), так как иначе компьютер будет пытаться строить график другого вида!

15

Рис.20.

4.Перейдите на вкладку «Линеаризация» для построения второго графика данной лабораторной работы - зависимости интенсивности света после анализатора ( на графике обозначается как U) от cos2a (где a=W-W0) - рис.21.

На будущем графике уже будут нанесены красные экспериментальные точки исследуемой зависимости U от сos2a.

Рис 21 5.Проверьте, что в выпадающем меню функций стоит функция

линейного вида Y=A X. Нажмите кнопку построения линии графика по имеющимся экспериментальным данным (точки на экране строящегося графика). В итоге будет получен график следующего вида (рис.22).

16

Рис.22.

6.По имеющимся графикам U(a) и U(сos2a) (рис.22) требуется сделать вывод о соответствии полученных результатов закону Малюса.

7.Сохранение результатов измерений. Требуется сохранить таблицу с результатами измерений в виде файла Excel, а также оба графика как графические файлы.

Для сохранения данных в файле Excel служит кнопка «Экспортировать

данные в Excel» на вкладке «Таблица». В появившемся окне экспорта нужно выбрать папку, в которой следует сохранить данные (по указанию преподавателя) и имя вашего файла с указанием вашей группы и фамилии

(например, ЗЭМ_111_Иванов).

Экспорт изображений графиков проводится аналогично из вкладок «График» и «Линеаризация», соответственно, кнопкой «Экспортировать

данные как изображение» . При этом также указывается группа, фамилия

иномер графика, например, ЗЭМ_111_Иванов_1 и ЗЭМ_111_Иванов_2 .

8.Выход из программы осуществляется через меню Файл / Выход или кнопкой закрытия окна программы.

9.Оформление отчета по лабораторной работе

Данная работа не требует каких-либо дополнительных вычислений. Её итогом являются одна таблица с результатами измерений и два графика, иллюстрирующие эти результаты. Их можно распечатать на принтере. Если такой возможности нет, то таблицу результатов измерений следует записать отдельно вручную (завизировав её у преподавателя или дежурного лаборанта). Затем, по данным этой таблицы, самостоятельно построить два графика (аналоги сохранённых в папке компьютера).

17

По полученным графикам следует сделать вывод о виде и степени поляризации исследуемого света и соответствии полученных результатов закону Малюса.

Форма отчета по лабораторной работе дана в приложении А.

Указания по технике безопасности

Перед выполнением работы получите инструктаж у лаборанта.

Соблюдайте общие правила техники безопасности работы в физической лаборатории.

5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какова поляризация естественного света?

2.Какой свет называется плоско поляризованным?

3.Что такое «плоскость поляризации света»?

4.Каковы основные способы получения поляризованного света?

5.В чем состоит явление дихроизма?

6.Что такое поляризатор, анализатор?

7.Сформулируйте закон Малюса.

8.Какой тип волны являет собой электромагнитное излучение?

9.Как взаимно ориентированы векторы электрического, магнитного полей и вектор скорости распространения электромагнитной волны?

10.В чем состоит двойное лучепреломление?

11.Чему равна интенсивность света, прошедшего через анализатор, если падающий на него свет плоско поляризован?

12.На поляризатор падает естественный свет, какова интенсивность прошедшего через поляризатор света?

18

Приложение А

Форма отчета по лабораторной работе

ОТЧЕТ по лабораторной работе

Изучение явления поляризации света. Закон Малюса

студент ______________

группа _______________

Дата ________________

Преподаватель _____________

РГППУ

2013

19

1.Краткая теория, расчетные формулы (Ваше изложение понятия поляризации света и содержания закона

Малюса….)

Формула, связанная с законом Малюса :

I = I0 cos2(a),

где I0 – интенсивность плоско поляризованного света, падающего на анализатор (свет после поляризатора), I – интенсивность света на выходе из анализатора, a – угол между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора.

2.Схема лабораторной установки.

( Ваши пояснения по поводу каждого элемента схемы установки…)

3.Результаты измерений и обработка результатов измерений.

Таблица 1. Результаты измерений интенсивности света.

W0 =

	Номер	W (град.)	W – W0	U (В)	сos2(W-W0)
	1
	2
	3
	4
	…

В таблице 1: Номер – это порядковый номер измерения, W – условный угол поворота анализатора, W0 – поправка к углу поворота анализатора, определяемая из результатов измерений, W–W0 – реальный угол поворота а анализатора по отношению к поляризатору, U(B) – сигнал с фотодатчика в вольтах, пропорционален интенсивности света I, сos2(W-W0) - квадрат косинуса угла поворота анализатора (рассчитывается вручную).

В ходе лабораторной работы требуется данные о W, W0, U(B) продублировать с экрана компьютера в лабораторную тетрадь (лист).

20