ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.03.2024
Просмотров: 202
Скачиваний: 0
Чтобы использовать такие поляризованные лучи для технических целей, их надо отделить один от другого. Это осуществляется в призме Николя .
Для изготовления призмы Николя две естественные грани кристалла исландского шпата срезают так, чтобы уменьшить угол между поверхностями до 68 . Затем кристалл распиливается на две части по плоскости ВD под
B |
|
углом 90 к новым |
|
|
|
граням. |
Обе |
|
|
|
половины |
|
|
склеиваются |
|
|
|
|
канадским |
|
|
бальзамом. |
|
|
D |
На переднюю |
|
|
грань |
призмы |
|
|
|
||
|
|
падает |
луч S |
естественного света. В призме он раздваивается на два луча - обыкновенный (n0 = 1,658) и необыкновенный (ne = 1,515). Так как ne<nк.б.<n0 , то слой канадского бальзама оптически менее плотен, чем исландский шпат, для обыкновенного луча и оптически более плотен для необыкновенного луча. Обыкновенный луч падает на поверхность канадского бальзама под углом, бóльшим чем угол предельного полного внутреннего отражения, и, отразившись, поглощается в оправе призмы. Необыкновенный луч свободно проходит через слой канадского бальзама и после преломления на задней грани выходит из призмы параллельно падающему лучу S. Таким образом, призма Николя преобразует естественный свет в свет плоскополяризованный, плоскость колебаний которого совпадает с главной плоскостью призмы.
3. Поляроиды.
Кроме рассмотренных выше способов поляризации света применяются также искусственные пленки - поляроиды, представляющие собой целлулоидные пленки, в которые введено большее количество мелких кристаллов иодида хинина - герапатита. Такая пленка пропускает только необыкновенные лучи и поглощает обыкновенные.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
30
Если на пути плоскополяризованного луча поставить второй поляризатор (называемый в этом случае анализатором), то, вращая последний, можно погасить луч. В качестве анализатора используются те же поляризаторы (диэлектрики, николи, поляроиды).
На рис. 9. изображен поляризатор Р, из которого выходит
поляризованный свет (вектор Е колеблется в направлении РР), и анализатор
А (колебания вектора Е по АА).
По закону Малюса: Интенсивность света І, выходящего из
анализатора, пропорциональна квадрату косинуса угла α между
направлением плоскостей колебаний (вектора Е ) поляризатора и
анализатора, т.е.
I I |
0 |
cos 2 |
|
, |
(1) |
|
|
|
|
|
где І0 – интенсивность света, выходящего из поляризатора. (поскольку поляризатор пропускает только необыкновенный луч, то
половина интенсивности естественного света, І0 , падающего на поляризатор теряется, т.е., І0=І /2).
Закон Малюса очень легко выводится. Поскольку интенсивность волны всегда пропорциональна квадрату амплитуды колебаний, то
I |
0 |
kE 2 |
, |
I kE 2 |
, |
(2) |
|
P |
|
A |
|
|
где ЕР и ЕА - амплитуды колебаний, прошедших поляризатор и анализатор. Из рис. 9 видно
E A E P cos , |
(3) |
отсюда
31
I cos 2 , |
I I 0 cos 2 |
(4) |
I 0 |
|
|
Если направления плоскостей колебаний поляризатора и анализатора перпендикулярны α = 90о , то говорят, что поляризатор и анализатор скрещены (установлены на гашение света – через скрещенные поляроиды свет не проходит).
Если направления плоскостей поляризатора РР и анализатора АА совпадают α = 0о, то интенсивность проходящего света будет максимальной. Для любого другого угла α интенсивность света вычисляется по закону Малюса.
ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ
Установка для проверки закона Малюса представляет собой штатив от микроскопа 1, на котором укреплены: осветитель 2, поляризатор 3,
анализатор 4, смонтированный на лимбе 5, и фотоэлемент 7. Лампочка осветителя на 8 В питается от источника 8, который включается тумблером 9. Лимб 5 вместе с анализатором 4 может вращаться вокруг вертикальной оси. Лимб имеет деления от 0 до 360, и угол поворота считывается против нуля нониуса 6 .
32
Свет, прошедший через анализатор, регистрируется фотоэлементом 7. Фототок измеряется микроамперметром 10 . Таким образом, по силе фототока можно судить об интенсивности света, прошедшего через анализатор (сила фототока пропорциональна интенсивности света).
Оптическая схема установки показана на рис. 10 .
ПОРЯДОК РАБОТЫ
Цель работы - проверить, действительно ли интенсивность света I 0 ,
выходящего из анализатора, пропорциональна квадрату косинуса угла между направлением плоскостей колебаний поляризатора и анализатор, как это утверждает закон Малюса .
Для этого:
1. Задавшись значениями угла от 0 до 90 через 10 и значениями I 0
(задается преподавателем), рассчитайте по закону Малюса
I I 0 cos 2
теоретическое значение I теор для разных . Данные расчетов занесите в таблицу:
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
I0 |
|
сos |
сos 2 |
I экспер I теор |
|
Задается |
преподавателем |
33
2. Постройте теоретический график исследуемой зависимости.
3 . Совместите на установке нуль лимба с нулем нониуса. В этом положении = 0.
4. Установите на микроамперметре заданное значение силы тока I.
(при = 0, I I 0 сos 2 0 I 0 ).
5. Устанавливая заданные значения углов на лимбе, запишите в таблицу соответствующие им значения силы тока.
6 . Постройте экспериментальный график зависимости I от и сравните его с теоретическим.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Природа света. Естественный и поляризованный свет.
2.Поляризация света при двойном лучепреломлении.
3.Устройство призмы Николя.
4.Закон Малюса.
5.Описание установки и ход выполнения работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. И.В.Савельев. Курс общей физики, т.2. - М.: «Наука», 1978, с.419-430. 2. Т.И.Трофимова. Курс физики, М.: «Высшая школа», 2002г., с.355-
362.
3. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. Курс физики, т.3. – М.: «Высшая школа», 1979г., с.142-154.
34
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА САХАРА ПОЛЯРИМЕТРОМ
Приборы и принадлежности: поляриметр, раствор сахара.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Вращение плоскости поляризации, обнаруженное впервые на кристаллах кварца, заключается в повороте плоскости поляризации плоскополяризованного света при прохождении через вещество.
Вещества, обладающие способностью вращать плоскость поляризации, называются оптически активными.
Пусть свет падает от источника S на систему «поляризатор» Р – «анализатор» А, которые поставлены «скрещено», т.е., их плоскости
поляризации взаимно-перпендикулярны рр аа. В этом случае свет до наблюдателя не дойдет, так как анализатор не пропускает свет в соответствии с законом Малюса (φ=90°).
Если же между поляризатором и анализатором поместить оптически активное вещество Т, происходит просветление поля зрения, которое, однако, можно погасить, повернув анализатор на угол φ. Следовательно,
свет по выходе из вещества остается плоскополяризованным, но плоскость
колебаний его светового вектора Е оказывается повернутой на угол φ. Оптической активностью могут обладать кристаллы (кварц, киноварь),
жидкости (скипидар, никотин) и их пары, растворы оптически активных веществ (водные растворы сахара, спиртовые растворы камфары и др.)
Угол поворота φ плоскости поляризации пропорционален толщине слоя d оптически активного вещества:
φ=αd,
где α – постоянная вращения, равная углу поворота плоскости поляризации слоем вещества единичной толщины.
Для большинства оптически активных веществ (кварца, сахара и т.д.) обнаружено существование двух модификаций, осуществляющих вращение соответственно по и против часовой стрелки (если посмотреть по ходу луча). Первая модификация называется правовращающей, вторая – левовращающей.
В растворах, как показал Ж.Био, угол поворота φ плоскости поляризации пропорционален толщине раствора l и его концентрации с:
φ=αlс
где α – постоянная прибора, l – толщина раствора,
35