5. Поместить в прибор трубку с раствором известной концентрации и закрыть шторку.

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 2

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

6. Фокусировать трубку (если фокусировка нарушена), установить равномерную затемненность поля зрения и записать показания лимба и нониуса (или двух, см. п. 3).

7. Повторить п. 6 не менее пяти раз, каждый раз отводя анализатор в сторону и приводя его обратно в положение, при котором поле зрения поляриметра будет равномерно затемнено. Взяв среднее из приведенных отсчетов, найти угол φ, на который была повернута плоскость колебаний светового вектора.

8. Из полученных результатов по формуле (2) вычислить удельное вращение сахара.

9. Выполнить пп. 5 – 7 для трубки с раствором неизвестной концентрации.

10. Из полученных результатов по формуле (3) вычислить процентное содержание сахара в растворе с неизвестной концентрацией.

Контрольные вопросы

1. Чем объясняется вращение плоскости колебаний светового вектора в оптически активных веществах?

2. Почему в используемом поляриметре наблюдается тройное поле зрения?

3. Какой способ уравнивания световых полей применяется в поляриметре СМ?

4. От чего зависит угол поворота плоскости колебаний светового вектора?

5. Почему не используется в данном методе установка на одинаково яркую освещенность тройного поля зрения?

Список рекомендуемой литературы

1. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 2. – М.: Наука, 1978. – 480 с.

2. Ландсберг Г.С. Оптика. – М.: Наука, 1976. – 948 с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высш. шк., 1990. – 478 с.

Лабораторная работа № 5-8

Изучение закона Малюса

Цель работы: изучение явления поляризации света, проверка закона Малюса.

Оборудование: полупроводниковый лазер, блок питания, поляроид с лимбом, фотодиод, микроамперметр.

Введение

Свет представляет собой электромагнитные волны, в которых напряженность электрического поля , напряженность магнитного поля и скорость распространения взаимно перпендикулярны и образуют правовинтовую систему (рис. 1).

Вместе с тем световые волны, излучаемые обычными источниками, не обнаруживают асимметрии относительно направления распространения. Это связано с тем, что свет слагается из множества цугов волн, испускаемых отдельными атомами. Направление колебаний векторов и для каждого цуга случайное, и потому в результирующей волне колебания различных направлений представлены с равной вероятностью. Таким образом, естественный свет – есть совокупность электромагнитных волн со всеми возможными направлениями колебаний, существующими одновременно или быстро и беспорядочно сменяющими друг друга; совокупность эта статистически симметрична относительно луча, т.е. характеризуется неупорядоченностью направлений колебаний (рис. 2).

Свет, в котором колебания вектора , а следовательно, и вектора проходят только в одной неподвижной плоскости, называют плоско- (линейно) поляризованным. Плоскость, в которой колеблется вектор , называется плоскостью поляризации.

Устройство для получения полностью или частично поляризованного оптического излучения называется поляризатором. Поляризатор свободно пропускает колебания, параллельные плоскости, называемой плоскостью поляризатора, и задерживает колебания, перпендикулярные этой плоскости.

Если плоскополяризованный свет с амплитудой электрического вектора ₀ падает на анализатор (это поляризатор, используемый для анализа поляризованного света), то анализатор пропустит только составляющую E_║ = E₀ cos φ (рис. 3), параллельную плоскости поляризатора. Отношение интенсивности прошедшего J к интенсивности падающего J₀ света

.

Напомним, что интенсивность света в данной точке пространства равна среднему по времени потоку энергии через единицу площади перпендикулярно направлению распространения волны и пропорционально квадрату амплитуды вектора Е, т.е. J~ ². Учитывая, что E_║ = E₀ cos φ, получаем .

Это соотношение называется законом Малюса (Э.Л. Малюс, французский физик). Физический смысл этого закона состоит в том, что интенсивность прошедшего через поляризатор поляризованного света пропорциональна квадрату косинуса угла между плоскостями поляризации и поляризатора.

Описание установки

Схема установки показана на рис. 4. Излучение полупроводникового лазера 3 (с блоком питания 1) проходит через поляроид 2, который может вращаться относительно лазерного луча вместе с лимбом 5, где имеется угловая шкала в градусах (примечание: поляроид, поляризационный прибор, пропускающий световые волны, поляризованные в определенной плоскости – плоскости поляризатора). Далее световой луч попадает на фотодиод 6, преобразующий световое излучение в электрический ток, измеряемый микроамперметром 7. Считая зависимость ЭДС фотодиода от интенсивности падающего на него излучения (и соответственно тока) близкой к линейной, можно считать ток микроамперметра пропорциональным интенсивности излучения I = kJ . В этом случае зависимость силы тока I от квадрата косинуса угла между плоскостью поляризации излучения и плоскостью поляризатора описывается зависимостью, соответствующей закону Малюса.

Рис. 4

Порядок выполнения работы

1. Подключить блок питания БП 1 специальной вилкой к напряжению 6В.

2. Включить БП тумблером (2).

3. Направить луч лазера (3) точно в центр лимба с поляроидом на вход фотодиода.

4. Снять показания микроамперметра в зависимости от положения флажка лимба поляроида I (φ). Для этого вращением лимба добиться максимального значения тока и считать соответствующее показание φ₀ началом отсчета углового перемещения (φ₀ = 0). Вращать лимб, и через каждое деление лимба измерять силу тока до его минимального значения 0. Занести в таблицу измеренные значения.

№ п/п	φ, град	∆φ = φ – φ0	cos2 ∆φ	I , мкА
1
2
3
4

5. Построить график I (соs²∆φ) на миллиметровой бумаге. (Убедиться что при ∆φ = 90°, I → min).

6. Найти отношение , занести в таблицу и сравнить с соответствующими значениями строчки cos² ∆φ.

7. Сделать соответствующие выводы по результатам работы.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается поляризованный свет от естественного?

2. Что такое плоскость поляризации?

3. Какое устройство называется поляризатором?

4. Что называется плоскостью поляризатора?

5. В чем смысл закона Малюса?

Список рекомендуемой литературы

1. Трофимова Т.И. Оптика и атомная физика: законы, проблемы, задачи. – М.: Высш. шк., 1999. – 288 с.

2. Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. – М.; СПб: Физматлит, 2001. – 253 с.

3. Методические указания к лабораторным работам по физике. Геометрическая, волновая и молекулярная оптика / Под ред. А.Ф. Галкина: Владим. гос. ун-т. – Владимир, 1994. – 84 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ФИЗИКА

Методические указания к комплексу лабораторных работ

по физике для студентов-заочников (механика, молекулярная

физика, электричество и магнетизм, колебания и волны, оптика)

Составители

ГАЛКИН Аркадий Федорович

ДМИТРИЕВА Елена Валерьевна

КУЛИШ Александр Алексеевич и др.

Ответственный за выпуск – зав. кафедрой профессор В.Н. Кунин

Редактор А.П. Володина

Корректор Е.В. Афанасьева

Компьютерная верстка А.Ю. Сергеева

ЛР № 020275. Подписано в печать 14.05.04.

Формат 60х84/16. Бумага для множит. техники. Гарнитура Таймс.

Печать на ризографе. Усл. печ. л. 6,28. Уч.-изд. л. 6,52. Тираж 400 экз.

Заказ

Редакционно-издательский комплекс

Владимирского государственного университета.

600000, Владимир, ул. Горького, 87.