Лабораторная работа № 14 проверка закона Малюса

1. Цель работы: экспериментальная проверка закона Малюса.

Оборудование: поляроид, источник света, фотоэлемент, гальванометр.

2. Краткая теория

С помощью специальных поляризационных приспособлений (призма Николя, поляроид и т.д.) естественный свет может быть преобразован в линейно поляризованный. Основное свойство таких приспособлений заключается в том, что они могут пропускать световые волны, электрический вектор напряжённости которых колеблется лишь в строго определенных направлениях. Эго направление называется главным направлением.

В настоящей работе для получения и исследования линейно поляризованного света применяются поляроиды. Они изготовляются из очень мелких кристаллов турмалина или герапатита (сернокислого иод-хинина), нанесённых на целлулоидную плёнку. Оптические оси всех кристалликов специальным способом ориентированы в одном направлении. Кристаллы герапатита почти полностью поглощают обыкновенный луч. Таким образом, падающий естественный свет, проходящий сквозь поляроид, становится плоско поляризованным. Рассмотрим установку(рис.11).

Рис. 11.

Здесь S — источник света, П — поляризатор, А — анализатор, R — сопротивление, ФСК-1 — фотоэлемент.

Пройдя сквозь первый поляроид П (поляризатор), свет становится поляризованным. Второй поляроид А (анализатор) может пропускать только те колебания, которые совпадают с его главным направлением. Если главные направления поляризатора и анализатора совпадают, то интенсивность проходящего света будет максимальной.

Если же анализатор повернуть таким образом, что его главное направление составляет угол 90⁰ с главным направлением поляризатора, то интенсивность проходящего света будет равна 0.

Такое положение поляроидов называется скрещенным. В том случае, когда главное направление поляроидов составляет между собой некоторый угол φ, интенсивность проходящего света будет принимать промежуточные значения.

Найдём зависимость между интенсивностьюI и углом φ. Пусть — амплитуда вектора напряжённости, пропускаемого поляризатором,АА₁ — главное направление анализатора. Амплитуду можно разложить на две взаимно перпендикулярные составляющие и , одна из которых совпадает с главным направлением анализатора (рис. 12).

Колебания, перпендикулярные направлению АА₁ не проходят через анализатор.

Видно, что амплитуда выходящего из анализатора света равна . Так как интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды, то:

, ,— закон Малюса.

Здесь — интенсивность света, прошедшего через анализатор,— интенсивность света прошедшего через поляризатор. Если, то.

3. Порядок выполнения работы

1. Вначале, вращая анализатор, добиваются максимального отброса стрелки гальванометра. При этом нужно следить за тем, чтобы стрелка прибора не зашкаливала. При необходимости увеличить или уменьшить интенсивность источника света.

2. Установить стрелку анализатора в положение и записать показания гальванометра.

3. Повернуть анализатор на 10° и вновь записать показания гальванометра. Произвести измерения от до , каждый раз записывая показания гальванометра.

4. Построить график зависимости силы фототока, пропорциональной интенсивности проходящего света, от квадрата косинуса угла поворота:

.