Лабораторна робота № 4-4

ДОСЛІДЖЕННЯ ПОЛЯРИЗОВАНОГО СВІТЛА
ТА ПЕРЕВІРКА ЗАКОНУ МАЛЮСА

Мета роботи: спостерігати проходження поляризованого світла через аналізатор (призму Ніколя), перевірка закону Малюса.

Обладнання: лабораторний прилад.

Теоретичні відомості

Світло є поперечною електромагнітною хвилею з точки зору класичної хвильової оптики. Це означає, що вектори - напруженість електричного поля, індукція магнітного поля, та хвильовий вектор укладають праву трійку векторів. Іншими словами, ці вектори взаємно-перпендикулярні між собою. Якщо вектор , котрий показує напрям розповсюдження хвилі, спрямований, припустимо уздовж осі , то вектори можуть мати лише проекції на осі . В цьому полягає властивість поперечності електромагнітних хвиль.

Рівняння Максвела допускають, зокрема, такі рішення, коли у вектора в усі моменти часу та в усіх точках простору відмінна від нуля лише одна з проекцій, припустимо , тоді як . Зрозуміло, що для вектору індукції все буде навпаки : , тоді як компонента відмінна від нуля. У такому разі кажуть, що хвиля є лінійно-поляризованою ( або плоско-поляризованою ). Площина, в який лежать вектори та ( в нашому прикладі це площина ()), має назву площини поляризації, або площини коливань .

Випромінювання звичайних джерел світла (виключаючи лазери) не є поляризованим. Це так зване природне світло. В такому випромінюванні присутні всі напрями коливань, можливі в площині . Лінійно-поляризоване світло можна отримати, пропускаючи природне світло крізь прилади, які мають назву поляризатори. Вони мають різні принципи дії, але всі пропускають лише світло з одним напрямом коливань, паралельним головній оптичній осі поляризатора.

Відомо, що інтенсивність світлової хвилі ( енергія ,яка припадає на одиницю поверхні, в одиницю часу ) прямо пропорційна квадрату амплітуди світлової хвилі : , де -амплітуда світлової хвилі. Припустимо тепер, що світло, яке вже пройшло поляризатор і є лінійно-поляризованим, падає на другий поляризатор ( так званий аналізатор ). Якщо між головними оптичними осями поляризатора та аналізатора маємо кут , то площина поляризації світла нахилена до головної оптичної осі аналізатора саме під таким кутом. Тоді крізь аналізатор проходитиме лише та складова амплітуди світлової хвилі, котра є паралельною головній оптичній осі аналізатору:

(1)

Тоді як перпендикулярна до головної оптичної осі складова амплітуди () буде відсічена.

Отже, інтенсивність світла, яке пройшло систему поляризатору та аналізатору зменшується відносно інтенсивності природного світла ( ) згідно із законом Малюса:

(2)

Який має бути перевірений експериментально в цій роботі.

Опис експериментальної установки

Експериментальне устаткування складається з джерела світла – електричної лампи, поляризатора, аналізатора, котрий можна повертати на заданий кут відносно поляризатора, фотоелементу та міліамперметра для виміру фотоструму. Оптична частина змонтована в циліндричному кожусі, що поглинає світло. Оскільки струм фотоелементу прямо пропорційний інтенсивності освітлення, то сила струму в міліамперметрі ( ) повинна задовольняти рівнянню типу (2):

(3)

Отже, виконання (3) означає й виконання (2), тобто перевірку закону Малюса. Якщо залежність фотоструму від є прямою лінією, то це і означатиме коректність закону Малюса.

Порядок виконання роботи

1. 
   Вмикайте експериментальне устаткування в електромережу . Міліамперметр повинен показати наявність фотоструму.
   
2. 
   Плавно обертаючи аналізатор навколо осі обертання досягніть максимального струму. Це значення струму запишіть в таблицю для кута .
   
3. 
   Далі через кожні визначайте значення фотоструму для кутів від до .
   
4. 
   Пункти 2,3 повторіть декілька разів. Середні значення фотострумів для кожного кута занесіть в таблицю.
   
5. 
   Користуючись таблицею, побудуйте графіки залежності а також .
   

Обробка результатів

Результати вимірювань заносяться у таблицю наступного вигляду.

Таблиця № 1

	0	15	30	45	60	75	90
, мА
, мА
, мА
, мА

Контрольні запитання

1. 
   В чому полягає явище інтерференції світла?
   
2. 
   Якою є залежність фотоструму від інтенсивності спадаючого світла?
   
3. 
   Яка відмінність поляризованого світла від природного ?
   
4. 
   Сформулюйте закон Малюса.
   

Література

1. 
   Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики, т.2. – К.: Либідь, 2001.
   
2. 
   Кучерук І.М., Дущенко В.П., Загальна фізика. Оптика. Квантова фізики. – К.: Ви- ща школа, 1991.
   
3. 
   И.В. Савельев. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны, оптика. – М.: Наука, 1988. – 496 с.
   
4. 
   Г.С. Ландсберг. Курс загальної фізики, т.3, Оптика, Київ: Рад.школа,1961.