Обработка результатов. Представление результатов работы. Контрольные вопросы. Работа №10. Исследование поляризованного света

1. Включите лазер и, регулируя положение решетки, получите на экране чёткую дифракционную картину. Запишите расстояние L.

2. Пользуясь миллиметровой разметкой на экране, определите координаты пяти последовательных максимумов освещенности. За ноль принимается центр нулевого максимума (светлая область в середине дифракционной картины), измеряются расстояния до центра соответствующей светлой области влево и вправо. Если отсчеты влево и вправо не равны, за y_m берется среднее арифметическое.

Обработка результатов

3. Рассчитайте по формуле (3) период решетки d. Результаты измерений и расчётов занесите в таблицу.

m	1	2	3	4	5
ym
d

 

 

4. Найдите среднее значение  и оцените погрешность. Запишите окончательный результат измерений ширины щели в виде: d= D d.

Представление результатов работы

В заключении следует привести найденное экспериментально значение периода дифракционной решетки.

Контрольные вопросы

1. Что называют дифракцией? При каких условиях наблюдается дифракция световых волн?

2. В чём состоит принцип Гюйгенса-Френеля?

3. Какую дифракцию называют дифракцией Фраунгофера? Наблюдается ли дифракция Фраунгофера в проделанном Вами эксперименте?

4. Выведите формулу (3).

5. Каков основной источник погрешности s _l?

6. Как изменятся расстояния между соседними дифракционными максимумами при наблюдении дифракции не в красном, а в зелёном свете?

Работа №10. Исследование поляризованного света

Цель работы: Изучение явления поляризации, проверка закона Малюса.

Оборудование: Полупроводниковый лазер, два поляроида, фотоэлемент с микроамперметром.

Краткая теория

Как известно, плоская электромагнитная световая волна является поперечной и представляет собой распространение взаимно перпендикулярных колебаний: вектора напряжённости электрического поля и вектора напряжённости магнитного поля . Колебания векторов  и  происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света, которое задаётся волновым вектором  (рис. 1, а). Вектор  называется световым вектором, и все рассуждения мы ограничим рассмотрением этого вектора. Наличие вектора  подразумевается.

Рис. 1

Световой пучок, в котором различные направления вектора  в поперечной к направлению распространения световой волны плоскости равновероятны, называется естественным или неполяризованным. В естественном свете колебания различных направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга (рис. 1, б).

Свет, в котором направления колебаний вектора  упорядочены каким-либо образом и подчиняются некоторой закономерности, называется поляризованным.

 Если колебания вектора  могут совершаться лишь в одном определённом направлении  то свет называется линейно- или плоскополяризованным (рис. 1, в). Плоскостью поляризации называется плоскость, проходящая через вектор поляризации  и волновой вектор .

Обычные источники излучают неполяризованный свет, который может быть преобразован в поляризованный при взаимодействии с веществом. Оптические устройства, служащие для получения поляризованного света, называются поляризаторами. Принцип действия поляризаторов может быть основан на явлениях отражения, преломления или поглощения света. Например, у некоторых кристаллов коэффициенты поглощения для двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн отличаются настолько сильно, что даже при небольшой толщине кристалла одна из волн практически полностью поглощается. В результате из кристалла выходит плоскополяризованный свет. Зависимость величины поглощения света от его поляризации носит название дихроизма, а соответствующие материалы называются дихроическими. Дихроические пластинки используются для изготовления поляризаторов специального вида - поляроидов.

Через поляроид проходит почти без поглощения только тот свет, у которого плоскость поляризации совпадает с разрешённой плоскостью колебаний вектора  для данного поляроида. Если на поляроид падает свет, плоскость поляризации которого повёрнута относительно разрешённой плоскости колебаний на угол a , то вектор  падающего света можно разложить на две составляющие  и :

= + .

Здесь вектор  лежит в разрешённой плоскости колебаний, а вектор  перпендикулярен этой плоскости (рис. 2).

Рис. 2

Компонента падающего света, описываемая вектором , практически полностью поглотится в поляроиде. Поляроид пропустит только ту компоненту падающего света, которая описывается вектором . Принимая во внимание, что

½ ½= Е × cos a ,

для интенсивности I света, прошедшего через поляроид имеем:

                                              I=I₀ × cos² a .                                     (1)

Здесь I₀ - интенсивность падающего на поляроид света. (Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды колебаний светового вектора).

Соотношение (1) носит название закона Малюса. Экспериментальной проверке закона Малюса и посвящается настоящая лабораторная работа.

Описание эксперимента

Экспериментальная установка состоит из оптической скамьи с набором рейтеров и приспособлений, источника монохроматического излучения (лазера), двух поляроидов в оправах, фотометрического датчика и цифрового микроамперметра.

Рис. 3

Принципиальная оптическая схема установки представлена на рис. 3. Световой пучок, излучаемый лазером Л, проходит через поляризатор П₁, становится плоскополяризованным и падает на поляризатор П₂. При помощи поляризатора П₂ исследуется падающий на него поляризованный свет. (Используемый для исследования поляризованного света поляризатор называют анализатором.) Свет, прошедший через два поляризатора падает на фотометрический датчик Ф. При помощи микроамперметра измеряется фототок I, являющийся пропорциональным интенсивности света, падающего на фотометрический датчик.

В лабораторной работе измеряется фототок I в зависимости от угла a между разрешёнными плоскостями колебаний поляроидов. Результаты измерений изображаются на графике зависимости I(cos²a). Если в пределах погрешности экспериментальные результаты ложатся на прямую (рис. 4), то можно сделать вывод об экспериментальном подтверждении закона Малюса.

Рис. 4

Техника безопасности

· Необходимо соблюдать общие правила техники безопасности лаборатории "Оптика".

· Не следует касаться руками оптических элементов.

· Запрещается включать питание лазера без разрешения преподавателя.

· Конструкция лазера не рассчитана на длительную работу, поэтому его необходимо включать на минимальное время.

⇐ Предыдущая12345678910

Поделиться: