Порядок выполнения работы

Экспериментальная проверка закона Малюса

Цель работы:Изучение поляризованного света и проверка закона Малюса.

Приборы: Источник белого света, два поляроида (поляризатор и анализатор), фотоприемник, цифровой минимультиметр.

Теория

Свет можно рассматривать как поток частиц (фотонов) или как волну. В данной лабораторной работе мы будем опираться на то, что свет – это электромагнитные волны, излучаемые атомами вещества. Любую электромагнитную волну можно представить в виде колебаний векторов напряженности Е электрического поля и индукции магнитного поля В, в каждой точке пространства (рис. 1).

Рисунок 1

Свет – является поперечной волной, так как скорость распространения волны перпендикулярна колебаниям векторов напряженности Е электрического поля и индукции магнитного поля В. При воздействии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, так как именно она действует на электроны в атоме. Если колебания векторов Е происходят в электромагнитной волне хаотично, то такой свет называют естественным или неполяризованным. А если колебания векторов Е каким-либо образом упорядочены в пространстве, то свет называют поляризованным. Если электрический вектор Е колеблется в одной плоскости, то эта плоскость называется – плоскостью поляризации, а волна – плоскополяризованной или линейно поляризованной. Для получения из естественного света плоскополяризованного используются специальные устройства – поляризаторы. Их действие основывается на поляризации света при его отражении и преломлении на границе раздела двух диэлектрических сред, а также на явлениях двойного лучепреломления и различного поглощения света в зависимости от ориентации вектора Е.

Подобные устройства так же используются для анализа характера и степени поляризации света, и называются – анализаторами.

Схема получения плоскополяризованного света представлена на рисунке 2. Где А – анализатор, П- поляризатор, α – угол между главными плоскостями анализатора и поляризатора (рис. 2)

Рисунок 2

Естественный свет, прошедший через поляризатор, становится плоскополяризованным и имеет интенсивность I_п. Затем он проходит через анализатор и его интенсивность I_а, после данного прохождения, прямо пропорциональна I_п и зависит от угла α.

Закон Малюса:Интенсивность света, прошедшего через анализатор, пропорциональна квадрату косинуса угла α между главными сечениями поляризатора и анализатора.

I_а= I_п cos² α

Описание установки

Так как известно, что величина фототока в фотоприемнике пропорциональна интенсивности падающего на него излучения, то поместив между источником неполяризованного света и фотоприемником два поляроида (поляризатор и анализатор), можно показать, что интенсивность света, падающего на фотоэлемент уменьшается по закону Малюса в cos² α раз. Для этого с помощью минимультиметра необходимо снять показания фототока в зависимости от угла α между главными сечениями поляризатора и анализатора.

Схема установки представлена на рисунке 3 и 4.

Рисунок 3

Рисунок 4

Порядок выполнения работы

1. Включить источник света.
2. Установить минимультиметр на измерение силы тока в пределах до 200мкА.
3. Вращением поляроида, добиться максимального фототока по показаниям минимультиметра. Это будет означать, что плоскости поляризатора и анализатора параллельны.
4. Зафиксировать показания транспортира (к примеру γ=30^о) и принять его за нулевой угол α (α=0^о). Снять показания минимультиметра.
5. Повернув поляроид на 10^о относительно полученного в пункте 3 положения, еще раз снять значение силы фототока.
6. Продолжить снимать показания через каждые 10^о пока α не станет равна 90^о т.е. значение угла α должно находиться в пределах (0^о-90^о).
7. Занести полученные данные в табл. 1.
8. По окончанию снятия показаний, ОБЯЗАТЕЛЬНО Выключить источник света и минимультиметр, повернув ручку в положение OFF.

Таблица 1.

1. Построить график значения силы тока от квадрата косинуса угла α

I_a=f(cos² α)

1. Вычислить погрешность полученного значения силы тока ∆ Iа при трех любых углах α из промежутка (10^о-70^о). Данное вычисление производится по алгоритму косвенных измерений. Конечная формула для расчета погрешности силы тока приведена ниже.

∆ Iа =

В формуле ∆ Iп - погрешность прибора.

∆ α – погрешность транспортира (в Радианах)

1. Сделать вывод.

Контрольные вопросы

1. Что такое свет?

2. Какой свет мы называем естественным, поляризованным и плоскополяризованным?

3. Опишите возможные способы поляризации света.

4. Сформулируйте закон Малюса. Можно ли его применять для естественного света и почему?

5. Что происходит с интенсивностью света за цикл поворота одного из поляройдов на 360^о?

Список литературы

1. Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1982, т.3.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: