Файл: лабраб 7a Закон Малю.doc

Рис. 7

Для естественного света =, если это равенство не выполняется, то свет является частично поляризованным. Интенсивности, соответствующие ортогональным составляющим вектораодинаковы и равны половине общей интенсивности.

Пусть I_ест – интенсивность света, падающего на поляроид, I₀ – интенсивность света, прошедшего через поляроид, тогда

.

Любой прибор, позволяющий из естественного света получать поляризованный, называется поляризатором (стопа Столетова, кристалл турмалина, поляроид, призма Николя и др.). Прибор, позволяющий отличать естественный свет от поляризованного и определять в последнем положение плоскости колебаний вектора , называетсяанализатором. Поляризатор и анализатор взаимозаменяемы – один и тот же прибор может служить как поляризатором, так и анализатором.

Если пучок естественного света проходит последовательно через два идеальных поляроида, то первый на его пути будет служить поляризатором, а второй – анализатором (рис. 8).

Рис. 8

Пусть I_ест – интенсивность света, падающего на поляризатор, I₀ – интенсивность света, прошедшего через поляризатор. Интенсивность света I, прошедшего через анализатор, определяется законом Малюса:

,

где α – угол между главными осями анализатора и поляризатора. Если эти плоскости взаимно перпендикулярны, то свет из анализатора выходить не будет (I = 0 при α = π/2).

В действительности, даже после прохождения через поляризатор, свет остается частично поляризованным. Это означает, что выходящий пучок света состоит из двух некогерентных составляющих: полностью поляризованной и полностью неполяризованной. Степенью поляризации света называется отношение интенсивности его полностью поляризованной составляющей к общей интенсивности света. Найти эту величину можно по формуле

---

. (2)

Для естественного света , степень поляризацииP = 0. Для плоско- (или линейно-) поляризованного света , степень поляризацииP = 1.

При попадании на поляризатор частично поляризованного света закону Малюса подчиняется только поляризованная компонента. ПустьI₀ – интенсивность света, прошедшего через поляризатор, тогда получим

,

, ,

.

---

2. Описание установки и метода измерений

Лабораторная установка, представляет собой заключенный в сдвижной светонепроницаемый кожух прибор, у которого есть рабочее (рис. 9) и настроечное положения (рис. 10). К установке прилагается компьютер с необходимым программным обеспечением и измерительные кабели.

При выполнении работы к выходным разъемам устройства 2 (рис. 9) необходимо подключить измерительные кабели датчиков, идущие к USB-разъемам компьютера.

Рис. 9	Рис. 10

В установку (рис.10, 11) входит источник излучения 1 (матрица из 4 светодиодов, длина волны 630-660 нм). Питание светодиодного осветителя осуществляется от внешнего источника питания – сетевого адаптера. Установленный непосредственно за осветителем поляризатор 2, преобразующий излучение светодиодной матрицы в поляризованный свет. Далее следует анализатор 3 (рис.10, 11) с механическим приводом вращения. Вращение анализатора выполняется путем поворота ручки механического привода 1 (рис. 9), соосно с которой размещен датчик угла поворота анализатора 5 (рис.10, 11). Точность измерения угла поворота 1º, максимальный угол поворота в установке 266º. Поляризатор и анализатор сделаны на основе поляроидной пленки. Для измерения интенсивности света после прохождения через поляризатор и анализатор используется фотометрический датчик 4 (рис.10, 11). Изменение уровня светового потока, попадающего на его поверхность, вызывает изменение выходного напряжения фотоэлемента.

Рис. 11

Компьютерный сценарий выполнения работы предусматривает регистрацию интенсивности света, прошедшего через оптическую систему, при различных углах поворота анализатора. Полученные данные строятся в координатах (угол поворота, интенсивность света) и аппроксимируются зависимостью . Для проверки закона Малюса экспериментальные точки можно нанести в координатах (), после чего на основе метода наименьших квадратов на графике строится прямая линия.

---

3. Порядок выполнения работы

1. Подключите датчик угла поворота и фотометрический датчик (два USB разъема на передней панели прибора) к двум USB разъемам компьютера.

2. Включите компьютер. Запустите программу “Практикум по физике”. Вызовите меню выбора эксперимента, в появившемся окне выберите “Эксперимент. Изучение закона поляризации света. Закон Малюса”. Нажмите кнопку “ОК”.

3. Включите светодиодную матрицу – осветитель, нажав зеленую кнопку на передней панели прибора.

4. Запустите измерения, выбрав на панель инструментов кнопку “Запустить измерения” (Ctrl+S).

5. На экране появится окно “Обработка”. Для проведения измерений перейдите на вкладку “Таблица”. В таблице первый столбец – номер измерения; второй столбец – угол поворота анализатора, третий – сигнальное напряжение.

7. Поворачивая ручку привода анализатора, определите угол α₀ соответствующий максимальному значению сигнального напряжения (U₀).

8. Установите анализатор в крайнее положение, вращая ручку привода, на лицевой панели установки до упора против часовой стрелки. Данное положение соответствует нулевому углу поворота анализатора.

9. Сохраните значение напряжения, соответствующее нулевому углу поворота анализатора нажатием на кнопку “дискета”.

10. Проведите измерения. Для этого, вращая ручку анализатора с шагом 10º, фиксируйте значения напряжения нажатием на кнопку “дискета”.

11. По окончании эксперимента остановите измерения, нажав на кнопку стоп (Сtrl+T). Перепишите экспериментальные данные в таблицу 1.

Таблица 1 α₀ = , U₀ = .

Угол поворота анализатора α,º	0°	10°	20°	30°	40°	50°	60°	70°	80°	90°	100°
Сигнальное напряжение, U, В
Угол поворота анализатора α,º	110°	120°	130°	140°	150°	160°	170°	180°	190°	200°	210°
Сигнальное напряжение, U, В
Угол поворота анализатора α,º	220°	230°	240°	250°	260°	266°
Сигнальное напряжение, U, В

---