Оптическая физика (стр. 5 из 7)
7. Как изменится дифракционная картина, если закрыть часть решетки как на рисунке?
8. Каков порядок следования цветов в дифракционных спектрах?
9. Какова окраска нулевого максимума? Почему она такая?
10. Как изменится дифракционная картина, если изменить ширину щели, не меняя постоянную решетки?
ЛИТЕРАТУРА
1. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т.3. Оптика. М.: Наука, 1985.- 752с.
2. Савельев И. В. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М.: Наука, 1988.-496 c.
3. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Феймановские лекции по физике. Т.3-4. Излучение. Волны. Кванты. М.: Мир, 1977.- 496 с.
4. Ландсберг Г. С. Оптика. М.: Наука, 1976.- 823 с.
5. Калитеевский Н. И. Волновая оптика. М.: Высшая школа, 1978.- 321с.
Лабораторная работа №4 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНА МАЛЮСА
Цель работы: экспериментальная проверка закона Малюса.
Приборы и принадлежности: полупроводниковый (GaAs) лазерный источник света, фотоприеменик, гальванометр, анализатор с нанесенной на него угловой разметкой (цена одного деления 1о).
Теоретическая часть работы
С точки зрения электромагнитной теории свет представляет собой поперечные электромагнитные волны, в которых векторы напряженностей электрического E и магнитного H полей колеблются во взаимно перпендикулярных плоскоcтях. Электромагнитная волна (э/м) называется линейно поляризованной или плоскополяризованной, если электрический вектор E все время лежит в одной плоскости, в которой расположена также нормаль k к фронту волны (рис.1). Плоскость, которая содержит нормаль k к фронту, и в которой лежит электрический вектор Е э/м волны, называется плоскостью поляризации. Естественный свет не поляризован, он представляет собой совокупность световых волн, излучаемых множеством отдельных атомов, и векторы Е и Н колеблются беспорядочно во всех направлениях, перпендикулярных лучу. В естественном свете все направления колебаний вектора Е оказываются равновероятными. К естественному свету относятся дневной свет, свет лампы накаливания и др.
Для получения линейно поляризованного света на практике часто применяют поляроиды, изготовленные из кристаллов турмалина или геропатита. Каждый поляроид характеризуется оптической осью U, которая представляет собой выделенное направление. Физический смысл выделенного направления в данном случае заключается в следующем. Пусть на поляроид перпендикулярно его плоскости, содержащей оптическую ось, падает свет. Электрический вектор Е э/м волны можно разложить на две составляющих. Эти составляющие всегда можно выбрать так, что одна из них, например, Еy будет параллельна оптической оси U, а другая, назовем ее Еx, перпендикулярна U. Если на поляроид направить естественный свет, то через поляроид пройдут только те э/м волны, электрические векторы E которых имеют составляющие Еy (параллельные оптической оси поляроида). При этом происходит поляризация естественного света.
Т.о. поляризация света при помощи поляроидов состоит в выделении из светового пучка колебаний определенного направления. Если на поляризатор падает естественный свет, интенсивность которого Iест, то интенсивность I прошедшего поляризованного света не зависит от ориентации поляризатора (его поворота вокруг луча) и равна половине интенсивности падающего естественного света:
. (1)Глаз человека не отличает поляризованный свет от естественного. Устройство, способное пропускать колеблющуюся только в определенной плоскости составляющую светового вектора Е, может также использоваться и для анализа поляризованного света; в этом случае оно называется анализатором. Если на анализатор падает частично поляризованный свет, то поворот анализатора вокруг луча сопровождается изменением интенсивности проходящего света от максимальной (плоскость анализатора совпадает с направлением уу) до минимальной.
Если плоскополяризованный свет падает на анализатор А (рис. 3), то будет пропущена составляющая
, (1)где a - угол между плоскостью колебаний падающего света рр и плоскостью анализатора аа. Так как интенсивность света пропорциональна E2, то с учетом (1) получим:
, (2)где I — интенсивность света, вышедшего из анализатора, Iо—интенсивность падающего света. Формула (2) выражает закон Малюса. При повороте анализатора вокруг луча можно найти такое его положение, при котором свет совсем сквозь него не проходит (интенсивность I становится равной нулю). Это надежный способ убедиться в том, что падающий свет полностью поляризован. Если естественный свет с интенсивностью Iест проходит последовательно сквозь поляризатор и анализатор, выходящий пучок имеет интенсивность.
. (3)При α=0 (плоскости поляризатора и анализатора параллельны) интенсивность I максимальна и равна
. "Скрещенные" поляризатор и анализатор 
свет не пропускают вовсе.Описание экспериментальной установки
Установка для исследования закона Малюса представлена на рисунке 4. Установка состоит из лазера 1, установленного на основании 2, фотоприёмника 4 и анализатора 6, установленного на основании 3. Основания 2 и 3 скреплены между собой при помощи алюминиевых стержней 5. Вертикальность установки регулируется при помощи ножек 7. Для этого ножки 7 снабжены резьбой. Вращая ножки вокруг своей оси можно регулировать вертикальность положения установки. Интенсивность лазерного луча, падающего на фотоприёмник 4, регистрируется при помощи миллиамперметра 8, подключенного к фотоприемнику. Анализатор можно вращать вокруг своей оси. Угол поворота анализатора регистрируется по угловой шкале, нанесенной на анализатор. Точность определения угла достигает 10. Поворачивая анализатор, изменяем интенсивность света, падающего на фотоэлемент ФЭ (рис.5), соединенного с миллиамперметром.
В зависимости от интенсивности света I сила фототока i в гальванометре будет меняться, так как свет, падающий на поляризатор, плоскополяризованный. Плоскость колебаний вектора E показана на рисунке 3 направлением PP. Направление плоскости колебаний анализатора АА. В данной работе снимают графики зависимости фототока i от квадрата косинуса угла a, для чего поворачивают анализатор вокруг оси ОО′.
Выполнение работы
Рассмотрим методику исследования закона Малюса. Свет, испускаемый лазером, является плоскополяризованным. Его интенсивность при выходе из анализатора определяется законом Малюса I=I0cos2a. Угол aизменяется вращением анализатора. Свет, прошедший через анализатор, попадает на фотоэлемент, подключенный к вольтметру. Показания вольтметра пропорциональны световому потоку, попадающему на фотоэлемент.
Порядок измерений
1. Установить лазер 1 на установке таким образом, чтобы его луч попадал в отверстие фотоэлемента.
2. Установить анализатор в положение, соответствующее a=00
3. Включить гальванометр, подключенный к фотоэлементу в режим тока.
4. Поворачивая анализатор вокруг оси ОО/ снять показания тока через каждые 150.
5. Полученные данные занести в таблицу 1.
6. Произвести указанные в п.4 измерения ещё раз и рассчитать средние значения Iср по результатам измерений.
7. Подсчитать отношения Iср/Iср0 и занести в таблицу 1.
8. На основе полученных результатов построить график зависимости Iср/Iср0=f(a.).
9. На том же графике постройте теоретическую кривую f(a)=I/I0 и сравните полученные результаты.
10. Определите среднюю погрешность d расхождения между расчетными и экспериментальными данными, выраженную в %.
Таблица 1.
| Угол a | 0 | 15 | 30 | 45 | 60 | 75 | 90 | 105 | 120 | 135 | 150 | 165 | 180 |
| I мА | |||||||||||||
| I мА | |||||||||||||
| Iср мА | |||||||||||||
| Iср/Iср0 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Дайте определение плоскополяризованного света? В чем состоит основное отличие естественного света от плоскополяризованного?
2. Назовите основные методы получения поляризованного света?
3. Сформулируйте закон Малюса?
4. Чему равна интенсивность естественного света после прохождения им анализатора? Зависит ли эта интенсивность от вращения анализатора?
ЛИТЕРАТУРА
1. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т.3. Оптика. М.: Наука, 1985.- 752с.
2. Савельев И. В. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М.: Наука, 1988.- 496 c.
3. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Феймановские лекции по физике. Т.3-4. Излучение. Волны. Кванты. М.: Мир, 1977.- 496 с.
4. Крауфорд Ф. Берклеевский курс физики. Волны. М.: Наука, 1984.- 512с.
Лабораторная работа №5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРА В ВОДНОМ РАСТВОРЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫМ МЕТОДОМ
Цель работы: определить концентрацию сахара в водном растворе.
Приборы и принадлежности: поляриметр круговой (модель СМ), набор трубок с растворами сахара.
Теоретическая часть работы
С точки зрения электромагнитной теории свет представляет собой поперечные электромагнитные волны, в которых векторы напряженностей электрического E и магнитного H полей колеблются во взаимно перпендикулярных плоскоcтях. Электромагнитная волна (э/м) называется линейно поляризованной или плоскополяризованной, если электрический вектор E все время лежит в одной плоскости, в которой расположена также нормаль k к фронту волны (рис.1). Плоскость, которая содержит нормаль k к фронту, и в которой лежит электрический вектор Е э/м волны, называется плоскостью поляризации. Естественный свет представляет собой совокупность э/м волн, электрические векторы E которых перпендикулярны вектору k и колеблются во всевозможных направлениях. К естественному свету относятся дневной свет, свет лампы накаливания и др.