Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Задание 2. 1. Вставьте в поворотный стол один из исследованных объектов (объект 4 или 5) и установите поворотный стол в начальное положение (нулевая координата)

Стр 1 из 14Следующая ⇒




1. Вставьте в поворотный стол один из исследованных объектов (объект 4 или 5) и установите поворотный стол в начальное положение (нулевая координата).

2. Добейтесь максимальной поляризации света в вертикальной плоскости. Для этого установите рукоятку 4 излучателя и рукоятку поляризатора в вертикальное положение.

3. После этого при помощи ручки 1 поворотного стола вращайте
лельно направлению рукоятки 1 шкалы поворотного держателя. Рис. 12. Модуль 13 (стол поворотный, рис.12) предназначен для установки объектов с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, а также для отсчета угловых координат и углов поворота. Поворот стола производится ручкой 1. Отсчет угловых координат производится по основной шкале 2 (цена деления 20) и нониусу 3 (цена деления 0,50). Рычаг 4 поворачивают до совпадения его вертикальной риски с одним из делений основной шкалы и снимают отсчет по основной шкале. К полученному значению прибавляют отсчет по нониусу. Таким методом можно снимать отсчеты с разрешением 0,10, при погрешности порядка 0,20. углы поворота определяют как разности угловых координат. Объекты вставляют в кронштейны 5; винтом 6 регулируют наклон платформы стола и установленного на столе объекта.   Набор объектов При выполнении лабораторных работ помимо функциональных модулей используется также ряд объектов. Большая часть объектов – тонкие пластины, пленки или линзы, расположенные в средней плоскости соответствующего экрана. При установке экрана в кассету функционального модуля эта плоскость оказывается напротив риски рейтера или иной характерной отметки на модуле. Тем самым определяется координата объекта на оптической скамье. Объект №1 – сетка с шагом 1 мм, используется для калибров


 
 
поляризуется, то при вращении пластинки в горизонтальной плоскости на экране можно заметить, что при некотором значении угла поворота интенсивность света должна быть минимальной. Такое значение угла поворота и есть угол Брюстера, т. е. свет практически не отражается, а точнее отражается лишь та часть свет, в котором колебания вектора не параллельны плоскости падения (горизонтальная плоскость), т. к. поляризатор неидеальный. Найденный угол и будет являться углом Брюстера. Эксперимент 1. Установка оборудования. Для проведения работы, необходимо установить на оптической скамье модуль 12, представляющий собой поляризатор с нониусом, модуль 13 – стол поворотный, в который установлена плоскопараллельная пластинка (объект 4)) последовательно друг за другом. 2. Калибровка установки. После установки приборов необходимо произвести калибровку установки. Сначала при помощи ручки 1 (рис.) поворотного стола устанавливают его на нулевую угловую координату, рычаг 4 поворачивают до совпадения его вертикальной риски с нулевым делением основной шкалы. Затем двумя передними винтами 6 и двумя задними винтами 2 излучателя (рис.) добиваются совпадение падающего и отраженного света (отраженный свет должен попасть в трубку излучателя). Так определяется положение нормали к пластинке. 3. Измерения. Задание 1. 1. Добейтесь максимальной поляризации света в горизонтальной плоскости. Для этого установите рукоятку 4 излучателя и рукоятку поляризатора в горизонтальное положение так, чтобы нулевая координата оси поляризатора была напротив риски нониуса. 2. После этого при помощи ручки 1 поворотного стола вращайте
ки увеличения оптических устройств. Объект № 5 – плоскопараллельная стеклянная пластина толщиной 4-8 мм. Точное значение толщины указывается в описании работы или определяется самостоятельно. Объекты № 15-24 и 27-36 – пленки с определенным распределением коэффициента пропускания. Качество пленок соответствует требованиям голографии. Пленки чувствительны к механическим воздействиям и их нельзя трогать пальцами. Объект № 25 – раздвижная щель. Объект №38 – фотодатчик, содержит фотодиод в светонепроницаемой оправе с входным окном. Датчик установлен на стандартном экране размерами 40Х80 мм, который вставляется в кронштейны поворотного стола, при этом окно датчика оказывается на уровне оптической оси установки. Фототок измеряют в режиме «короткого замыкания» датчика. Объект № 39 – пластина слюды толщиной 30 – 60 мкм. В плоскости пластины находятся две главные оси кристалла, соответствующие показателям преломления n1=1,59, n2=1,594. Объект №44 – кювета для жидкостей. Предназначена для изучения оптических явлений при прохождении света через жидкость. Длина столба жидкости равна 120 мм. Для заполнения жидкостью отворачивают крышку кюветы, снимают защитное стекло и наливают жидкость так, чтобы получить слегка выпуклый мениск. Затем кладут стекло на мениск и завинчивают без воздушных пузырей. Объект № 45 – свободный экран, в который можно установить интересующий объект. Белая наклейка со шкалой служит экраном при наблюдениях в прямом пучке лазера.   Настройка установки Настройка заключается в фиксации лазерного луча и центров оптических элементов на оптической оси установки, расположенной на высоте 40 мм от верхней плоскости рейтеров. Совместную настройку группы оптических элементов называют юстировкой. Индикатором юстировки является микропроектор. Положение оптической оси по


 
 
результате действия на них . Вместе с тем будет раскачивать электроны в направлении, перпендикулярном к плоскости падения, и такое излучение будет распространяться без всяких ограничений в направлении, удовлетворяющей условию (9.5), целиком определяя поляризацию отраженной волны.   Порядок выполнения работы Для экспериментального определения угла Брюстера пользуются тем, что при некотором значении угла падения от границы раздела двух диэлектриков отразится только электромагнитная волна с такой поляризацией, в которой колебания вектора параллельны плоскости падения. В нашем эксперименте это горизонтальная плоскость, т. е. нужно добиться чтобы вектор колебался именно в этой плоскости падения. Так как плоскость колебаний вектора параллельна оси рукоятки излучателя, с помощью которой лазер поворачивается вокруг оптической оси, то нужно установить ее в горизонтальное положение, тем самым вектор становится максимально поляризованным в горизонтальной плоскости, а чтобы добиться полной поляризации вектора в этой плоскости, устанавливают за излучателем поляризатор, плоскость поляризации которого также должна быть горизонтальной (рис. 9.6). Рис. 9.6. Схема установки. Колебания вектора в плоскости падения условно обозначены стрелками, колебания, перпендикулярные плоскости пдания – точками. Так как при прохождении через поляризатор свет полностью
сле юстировки определяется положением центра линзы микропроектора. Грубая юстировка. Поворотом винтов на корпусе лазера установите трубу с лазером в средней части корпуса и направьте пучок излучения вдоль оптической скамьи. Точная юстировка. Установите микропроектор в положение с координатой риски 10,0 см, при этом точка выхода пучка после отражения от зеркала будет иметь координату 13,0 см и окажется напротив левого визирного креста экрана. Поворотом передних – считая от точки испускания излучения – винтов лазера совместите центр светового пятна с визирным крестом на экране. Отодвиньте микропроектор до положения с координатой риски 67,0 см, при этом точка выхода пучка после отражения от зеркала будет иметь координату 70,0 см и окажется напротив правого визирного креста экрана. Поворотом задних винтов излучателя совместите центр светового пятна с центром визирного креста. Операцию точной юстировки повторите 2-3 раза, пока смещение светового пятна от номинального положения при перемещении микропроектора не окажется меньше радиуса этого пятна. При установке на рельс каждого нового оптического элемента прежде всего, с помощью винтов держателя этого элемента, добивайтесь возвращения центра пятна на экране в то же место, что и при юстировке лазерного луча. Это означает, что центр оптического элемента находится на оптической оси установки, и можно приступать к эксперименту или размещать на рельсе следующие элементы. В процессе эксперимента можно, смещая элементы винтами двухкоординатных держателей, перемещать картину на экране в положение, удобное для наблюдений или измерений.     Лабораторная работа №1 Измерение показателей преломления твердых тел Цель работы: знакомство с устройством и работой лабора


 
 
наблюдается тогда, когда нормали к преломленной и отраженной волнам взаимно перпендикулярны (рис. 9.4). Рис. 9.4. Нормали к преломленной и ораженным волнам при падении света на границу раздела двух сред под углом Брюстера перпендикулярны.   Если связывать наличие отраженной волны с вынужденными колебаниями электронов во второй среде, то в направлении, перпендикулярном к нормали к преломленной волне, не должна распространяться энергия, так как электрон не излучает в направлении, вдоль которого происходят его колебания (рис. 9.5). Рис. 9.5. К трактовке закона Брюстера с позиций электронной теории. Вектор в падающей волне лежит в плоскости падения. Отраженная волна этой gоляризации отсутствует, т.к. электроны не излучают в направлении своих колебаний. Легко заметить, что последнее ограничение относится лишь к колебаниям электронов в плоскости падения волны, происходящим в
торного комплекса ЛКО-3П; ознакомление с методами определения показателей преломления прозрачных твердых тел. Оборудование: модули: конденсор с экраном 5, объектив 6, микропроектор 2, поворотный стол 13; набор объектов: пластмассовая пластина 6, призма 9, стеклянная пластина 5.   Краткая теория 1.1. Общие сведения. Закон преломления и отражения света. В геометрической оптике основным положением является приближение в котором длина волны света λ стремится к нулю. Причем световой поток в геометрической оптике считается совокупностью отдельных независимых световых лучей, каждый из которых подчиняется законам преломления и отражения света. В оптически изотропной среде лучи перпендикулярны к фронту волны в каждой точке фронта и описывают движение фронта световой волны в пространстве.   Рис. 1.1.   Доказательством прямолинейности распространения света служит образование тени. От точечного источника света возникает полная тень. Лучи, исходящие из одной точки, образуют расходящийся пучок (сечение пучка увеличивается). Лучи, сходящиеся в одну точку, образуют сходящийся пучок. При падении световой волны на плоскую границу раздела


 
 
следовательно, . Вместе с тем коэффициент отражения не обращается в нуль при , так как знаменатель выражения (2.4) . Таким образом, получается, что при некотором значении угла падения от гра­ницы раздела отразится только электромагнитная волна с вполне определенной поляризацией. Волна, в которой колебания вектора параллельны плоскости падения, вообще не отразится при . Вектор в отраженной волне (при выполнении условия ) будет колебаться перпендикулярно к плоскости падения. В учебниках по оптике часто употребляют несколько иную терминологию. Так, например, в рассматриваемом случае говорят, что отраженный свет поляризован в плоскости падения. Отсюда видно, что плоскость по­ляризации света соответствует плоскости, перпендикулярной к направлению колебаний вектора . Для данного случая, впервые экспериментально обнаруженного Малю, очевидны следующие соотношения: если , то и, значит, . Эта зависимость угла, при котором наблюдается плоская поляризация отраженной волны, от отношения показателей преломления двух исследуемых диэлектриков носит название закона Брюстера, а соответствующий угол часто называют углом Брюстера . В этих обозначениях . (9.5)   Для перехода световой волны (видимая область спектра) из воздуха в стекло , что соответствует углу . Заметим, что отражение полностью поляризованной волны
двух диэлектриков с разными значениями относительной диэлектрической проницаемости световая волна частично отражается и частично преломляется. Характеристиками сред в данном случае является скорость распространения света в них: , где c= 3·108 м/с – скорость света в вакууме, ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды, μ – относительная магнитная проницаемость среды (для подавляющего большинства диэлектрических сред ). Отношение (1.1) называется абсолютным показателем преломления света. Отношение (1.2) называется относительным показателем преломления света средой 2 по отношению к среде 1. Формулы (1.1), (1.2) справедливы только для волн, частоты которых малы по сравнению с частотой процессов в атомах и молекулах среды. Вследствие дисперсии показателя преломления данные формулы справедливы лишь для монохроматических волн. Среды, в которых распространяются отраженная и преломленная волны, считаются полубесконечными, т.е. принимается, что на границе раздела сходятся только три волны: падающая, отраженная, преломленная, т.е. пренебрегают многократным отражением. При падении световой волны на идеальную плоскую границу раздела 2-х диэлектриков, размеры которой значительно превышают длину волны, угол между направлением распространения отраженной волны и нормалью к границе раздела ι’1 (угол отражения) равен по абсолютной величине соответствующему углу для падающей волны ι1 (закон отражения, рис.1.1). Угол между направлением распространения преломленной волны и нормалью к границе раздела (угол преломления ι2) связан с углом падения законом преломления света:


 
 
Последнее условие можно переписать в виде . Отсюда легко получаются искомые зависимости , . (9.4) Займемся анализом найденных соотношений. Прежде всего рассмотрим относительные интенсивности отраженной и преломленной волн. Проанализируем зависимость коэффициента отражения от угла падения (рис 9.3). Рис.9.3. Зависимость коэффициента отражения R от угла падения При переходе света из воздуха (n1»1) в стекло (n2»1,5).   Рассмотрение формул Френеля показывает, что компоненты , и , по-разному изменяются с увеличением угла . Во-первых, сразу видно, что если , то и,
(1.3) где n21 – относительный показатель преломления среды, в которой распространяется свет, относительно среды в которой распространяется падающий свет. Если световая волна из оптически более плотной среды 1 падает на границу раздела с оптически менее плотной средой 2 (т.е. если ), то при угле падения i1>iкр где sin iкр = n21, величина sin i2> 1, что невозможно. Угол iкр при котором i2= 900 и преломленная волна отсутствует, называется критическим углом падения света. Явления отражения света целиком в первую среду называется полным внутренним отражением света. Энергия падающей электромагнитной волны полностью возвращается в первую среду, но места захода падающей и выхода отраженной волны на границе раздела смещены друг относительно друга на расстояние порядка половины длины световой волны. Отношение интенсивности отраженной волны к интенсивности падающей называется коэффициентом отражения света второй среды относительно первой. Отношение интенсивностей преломленной к интенсивности падающей волны называется коэффициентом пропускания второй среды относительно первой. Рис. 1.2.   В геометрической оптике каждая точка источника света счита


 
 
(9.2) Складывая уравнения (2.1), получаем: , откуда . (9.3) 2. Вектор перпендикулярен к плоскости падения волны. В этом случае выберем направление векторов , и согласно рис. 9.2. На нем векторы , и направлены от читателя перпендикулярно к плоскости чертежа. Рис. 9.2. Направления векторов и на границе раздела. Вектор перпендикулярен плоскости падения луча.   Для проекций амплитуд исследуемых векторов на оси получим соотношения
ется центром расходящегося пучка лучей, называемого гомоцентрическим. Если после отражений и преломлений пучок сходится также в одну точку, то он тоже гомоцентрический. Центр отраженного или преломленного пучка называется изображением соответствующей точки источника света. Если каждой точке источника света соответствует одна точка изображения, то изображение называют стигматическим. Сходственные точки источника и изображения, а также соответствующие лучи и пучки света называются сопряженными. Задачей геометрической оптики является построение сопряженных изображений.   1.2. Прохождение света через плоскопараллельную пластинку. Пусть луч АВ (рис.1.2) падает на плоскопараллельную стеклянную пластинку. В стекле он преломится и пойдет в направлении ВС. В точке С он снова преломится и выйдет из пластинки в направлении CD. Докажем, что луч CD, выходящий из пластинки, параллелен падающему на пластинку лучу АВ. Для преломления в точке В имеем: , (1.4) где n – показатель преломления пластинки. Для преломления в точке С закон (1.3) дает: , (1.5) так как в этом случае луч выходит из пластинки в воздух. Перемножив выражения (1.4) и (1.5), находим: , (1.6) или, так как ι<900 и i1<900, i=i1, откуда следует, что лучи АВ и CD параллельны. Луч CD смещен в сторону относительно падающего луча АВ. Величина смещения h=EC зависит от толщины пластинки и углов падения и преломления. Смещение, очевидно, тем меньше, чем тоньше пластинка. Расстояние, на которое смещает пластинка лучи света можно


 
 
Рис. 9.1.Направления векторов и на границе раздела. Вектор лежит в плоскости падения.   Направление векторов , и определяется выбором направления для , и . В данном случае векторы , и направлены одинаково — перпендикулярно к плоскости чертежа по направлению к читателю. Для проекций амплитуд векторов и имеем: . Учитывая, что , , , а также , находим: (9.1) Тогда
найти по формуле: , (1.7) где d – толщина пластинки.   1.3. Преломление света в призме. Пусть луч АВ падает на одну из граней призмы (рис.1.3), преломившись в точке В, луч пойдет по направлению ВС и, вторично преломившись в точке С, выйдет из призмы воздух. Найдем угол D, на который луч, пройдя через призму, отклонится от первоначального направления. Этот угол мы будем называть углом отклонения. Угол между преломляющими гранями, называемый преломляющим углом призмы, обозначим p. Из четырехугольника BQCN в котором углы при В и С – прямые, найдем, что угол BNC равен 1800- p. Пользуясь этим, из четырехугольника BMCN находим: , (1.8) отсюда: . (1.9) Угол p, как внешний угол в треугольнике BCN, равен: , (1.10) Рис. 1.3.


 
 
матических плоских волн, распространяющихся в одном направлении с одной фазовой скоростью , но поляризованных в двух взаимно перпендикулярных направлениях, причем фазы этих двух колебаний никак не скоррелированы. Таким способом можно моделировать хаотическую суперпозицию различных эллиптически поляризованных электромагнитных волн, обусловленную обрывами монохроматических колебаний. Для каждого момента времени можно вычислить величину суммарной напряженности электрического поля , если известны две ее проекции ( и .) на границу раздела двух диэлектриков, от которой происходит отражение света. В самом деле, . И наоборот, зная , можно разложить его на две взаимно перпендикулярные компоненты. В качестве направлений таких компонент удобно выбрать следующие: первая компонента вектора лежит в плоскости падения — будем обозначать ее через , тогда как вторая компонента колеблется перпендикулярно к этой плоскости. Запись граничных условий для амплитуд и последующий вывод формул Френеля будем проводить отдельно для этих двух взаимно перпендикулярных направлений колебаний вектора напряженности электрического поля. 1. Вектор лежит в плоскости падения электромагнитной волны. Направления векторов , и для какого-то момента времени показаны на рис. 9.1 ( - вектор Умова-Пойтинга).
  где r – угол преломления в точке В, а r1 – угол падения в точке С луча, выходящего из призмы. Далее. Пользуясь законом преломления, имеем: . (1.11) С помощью полученных уравнений, зная преломляющий угол призмы p и показатель преломления n, мы можем при любом угле падения i вычислить угол отклонения D. Особенно простую форму получает выражения для угла отклонения в том случае, когда преломляющий угол призмы p мал, т.е. когда призма тонкая. А угол падения i невелик; тогда угол i 1 также мал. Заменяя приближенно в формулах (1.11) синусы углов самими углами (в радианах) имеем: . (1.12) Подставляя эти выражения в формулу (1.9) и пользуясь (1.10), находим: (1.13) Обратите внимание, что угол отклонения луча в призме зависит от показателя преломления вещества, из которого сделана призма. Показатель преломления для разных длин волн различен. Для прозрачных тел показатель преломления фиолетового участка спектра наибольший, затем следует синий участок, зеленый, желтый и наконец наименьший показатель преломления у красного участка спектра. В соответствии с этим, угол отклонения D для фиолетовых лучей наибольший, для красных – наименьший, и луч белого цвета, падающий на призму, на выходе из нее окажется разложенным на ряд цветных лучей, т.е. образуется спектр, данное явление носит название дисперсии.


 
 
7. Каким образом можно экспериментально определить коэффициенты пропускания неидеального поляризатора?   Литература 1. И.В. Савельев. Курс общей физики, т.2 2. Г.С. Ландсберг. Оптика 3. Д.В. Сивухин. Общий курс физики. Оптика. Лабораторная работа №9 Экспериментальная проверка закона Брюстера Цель работы:Изучить явление поляризации света при отражении от границы раздела двух диэлектриков; экспериментально подтвердить закон Брюстера; освоить методику определения показателя преломления вещества, основанную на законе Брюстера. Приборы и материалы: модули: поляризатор с нониусом 12, стол поворотный 13; объекты: плоскопараллельные пластинки 4 и 5.   Краткая теория Закон Брюстера непосредственно вытекает из формул Френеля, которые будут выведены ниже. Рассмотрим неполяризованный свет как сумму двух монохро
Рис. 1.4.     1.4. Принцип Ферма. В основу геометрической оптики может быть положен принцип, установленный французским математиком Ферма. Из этого принципа вытекают законы прямолинейного распространения, отражения и преломления света. В формулировке самого Ферма принцип гласит, что свет распространяется по такому пути, для прохождения которого ему требуется минимальное время. Для прохождения участка пути ds (рис.1.4), свету требуется время dt=ds/v, где v – скорость света в данной точке среды. Считая что v=c/n, получим dt=(1/c)nds. Следовательно время τ, затрачиваемое светом на прохождение пути от точки 1 до точки 2 равно: (1.14) Имеющая размерность длины величина


 
 
ния 1.   Задание 3. Определение коэффициентов пропускания неидеального поляризатора. 1. Снимите модуль 12, выполнявший роль анализатора в предыдущем задании, и установите вместо него модуль 10 (поворотный держатель). 2. Измерьте интенсивность исходного поляризованного излучения (I 0 по показаниям мультиметра). 3. В кассету поворотного держателя поместите объект 37 – неидеальный поляризатор. 4. Поворачивая рукоятку держателя, определите положения с максимальной и минимальной интенсивностью - Imax и Imin. 5. Рассчитайте параметры неидеального поляризатора – коэффициенты пропускания k 1 и k 2: , . 6. Определите по формуле (8.4) степень поляризации неидеального поляризатора. 7. Результаты занесите в таблицу:
I 0, мкА I max, мкА Imin, мкА k 1 k 2 P
           

 

Контрольные вопросы

1. В чем отличие естественного и поляризованного света?

2. Виды поляризации света.

3. Является ли поляризованным свет солнца, лампы накаливания, люминесцентной лампы, лазера?

4. Сформулируйте и докажите закон Малюса.

5. Чему равна интенсивность света, прошедшего через поляризатор, если свет, падающий на поляризатор, является естественным, а поляризатор а) идеальный; б) неидеальный

6. Каким образом можно экспериментально определить степень поляризации частично поляризованного света?
(1.15) называется оптической длиной пути. В однородной среде оптическая длина равна произведению геометрической длины пути s на показатель преломления среды n: . (1.15а) Согласно (1.14): . (1.14а) Пропорциональность времени прохождения τ оптической длине пути L дает возможность сформулировать принцип Ферма следующим образом: свет распространяется по такому пути оптическая длина которого минимальна. Точнее, оптическая длина пути должна быть экстремальной, либо стационарной – одинаковой для всех возможных путей. В последнем случае все пути света между двумя точками оказываются таутохроными (требующими для своего прохождения одинакового времени). Из принципа Ферма вытекает обратимость световых лучей. Действительно, оптический путь, который минимален в случае распространения света из точки 1 в точку 2, окажется минимален в случае распространения света в обратном направлении. Следовательно, луч, пущенный навстречу лучу, проделавшему путь от точки 1 до точки 2. пойдет по тому же пути, но в обратном направлении. Получим при помощи принципа Ферма законы отражения и преломления света. Пусть свет попадает из точки А в точку В отразившись от поверхности MN (рис.1.4). Среда в которой проходит луч однородна. Поэтому минимальность оптической длины пути сводится к минимальности его геометрической длины. Геометрическая длина произвольно взятого пути равна АО’В=A’O’B (вспомогательная точка А’ является зеркальным отображением точки А). Из рисунка 1.4 видно, что наименьшей длиной обладает путь луча, отразившегося в точке О, для которой угол отражения равен углу падения. Заметим, что при


 
 
(как погрешность косвенных измерений).   Задание 2 Экспериментальная проверка закона Малюса 1. Установите на оптическую скамью второй идеальный поляризатор (модуль 12). 2. Отъюстируйте лазер. 3. Откалибруйте установку, для этого установите ручку первого поляризатора параллельно ручке излучателя (см. рис. 8.5), а анализатор поворачивайте до тех пор пока не добьетесь максимальной интенсивности фототока, регистрируемого фотодатчиком. Такому положению анализатора соответствует нулевой угол между плоскостями пропускания поляризатора и анализатора (). 4. Изменяя относительный угол между поляризатором и анализатором измеряйте показания мультиметра, добейтесь минимального и максимального значения, показания заносите в таблицу через каждые 30 – 50 (в пределах от 0 до 900):  
Угол (в градусах) cos2α I мкА I/Imax
       
       
       

5. Постройте на одном графике полученную в эксперименте зависимость I(a)/Imax и cos2(a). Оценив погрешности измерения угла Da и фототока DI (как систематические погрешности, связанные с неточностью измерительных приборов), покажите погрешности Da и D(I(a)/Imax) на экспериментальной зависимости I(a)/Imax.

6. По полученному графику сделайте вывод о выполнении (или о невыполнении) закона Малюса (8.2) в пределах точности измерений.

7. По формуле (8.3) найдите степень поляризации света и сравните полученное значение с полученным при выполнении зада
удалении точки О’ от точки О геометрическая длина пути неограниченно возрастает, так что в данном случае имеется только один экстремум – минимум. Рис. 1.5.   Теперь найдем точку, в которой должен преломиться луч, распространяясь от А к В, чтобы оптическая длина пути была экстремальна (рис.1.5), для произвольного луча оптическая длин пути: . (1.16) Чтобы найти экстремальное значение, продифференцируем L по x и приравняем производную к нулю: . (1.17) Множители при n1, n2 равны соответственно sin υ1 и sin υ2. таким образом, получается соотношение , (1.18) выражающее закон преломления света (1.3).   Порядок выполнения работы


 
 
  пропускания для колебаний, перпендикулярных ей (коэффициентом пропускания называется отношение интенсивности световой волны прошедшей через поляризатор к интенсивности падающей волны). Естественный свет по прохождении через такой поляризатор становится частично поляризованным со степенью поляризации . (8.4)   Порядок выполнения работы Для проведения работы, необходимо установить на оптической скамье модуль 12, представляющий собой поляризатор с нониусом, модуль 8 – кассету в двукоординатном держателе с установленным в нее объектом 38 – фотодатчик диодный последовательно друг за другом. Затем необходимо подключить фотодатчик к мультиметру, обычно в таких случаях измеряют фототок (предел измерения 200 мкА). Подготовленная к проведению работы установка показана на рис. 8.5. Задание 1. Определение степени поляризации излучения лазера. 1. Установите фотодатчик диодный №38 на оптическую скамью и подключить к мультиметру. Включить мультиметр в режим измерения постоянного тока (в зависимости от интенсивности лазерного луча предел измерения берется 200 мкА или 2000 мкА). 2. Установите идеальный поляризатор (модуль 12), выступающий в качестве анализатора 3. Отъюстируйте лазер так, чтобы световой пучок попадал в отверстие фотодатчика. 4. Вращая анализатор (модуль 12), найдите максимальное и минимальное значения фототока Imax и Imin, соответствующие максимальной и минимальной интенсивности прошедшего света. 5. Полагая, что сила фототока прямо пропорциональна интенсивности света, найдите степень поляризации лазерного излучения Р по формуле (8.3). 6. Оценив погрешность измерений силы фототока, найдите DР
Задание 1. Преобразование пучка света линзами Это пробный эксперимент, дающий первое знакомство с установкой. Эксперимент 1. Включите питание лазера, установите на оптическую скамью микропроектор (модуль 2) и выполните юстировку установки по методике, описанной на стр. 12. 2. Пронесите экран (лист бумаги) вдоль пучка излучения лазера, проследите его ход. 3. Установите короткофокусную линзу – конденсор (модуль 5) в непосредственной близости от излучателя. 4. Исследуйте пучок после линзы, пронаблюдайте его расходимость. Убедитесь в том, что в фокальной плоскости линзы (плоскость экрана модуля 5) сформировался «точечный источник» света. 5. Поставьте после конденсора объектив (модуль 6). Исследуйте пучок после объектива при различных его положениях. Премещая объектив, добейтесь получения расходящейся, сходящейся и, наконец, плоской волны. 6. Научитесь фокусировать волну в объектной плоскости микропроектора путем перемещения объектива (когда световая волна, вышедшая из линзы-конденсора 5 после прохождения через объектив 6 оказывается сфокусированной в объектной плоскости микропроектора 2, на экране на задней стенке установки мы видим светящуюся точку минимального размера и максимальной яркости). 7. Определите минимальное расстояние между микропроектором и линзой-конденсором, при котором такая фокусировка возможна. Для этого приближайте микропроектор к конденсору с некоторым шагом (порядка 3-5 см) и для каждого нового положения микропроектора проверяйте возможность фокусировки, перемещая объектив по всему отрезку между конденсором и микропроектором. 8. Найдите положение модуля 2, при котором фокусировка полу


 
 
симальна, при - минимальна: , . Степенью поляризации света называется выражение , (8.3) где Imax и Imin – соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого поляризатором (поляризатор, используемый для определения степени поляризации света, называют анализатором). Степень поляризации может изменяться в пределах . Значению P=0 соответствует естественный свет, а P=1 - линейно поляризованный. Неидеальный поляризатор имеет коэффициент пропускания для колебаний, параллельных плоскости поляризатора, и коэффициент Рис. 8.5.
чается при единственном положении объектива. Рис. 1.6. Задание 2. Определение показателя преломления пластины При прохождении света через прозрачную пластину толщиной (рис. 1.6) луч смещается на расстояние h, которое можно найти по формуле (1.7). При известном значении для измерения показателя преломления пластины нужно исследовать зависимость от угла падения . Показатель преломления можно рассчитать как (1.19) Эксперимент 1. Поставьте перед излучателем линзу-конденсор 5. Микропроектор 2 установите в конце оптической скамьи. Координата риски модуля 2 – 67,0 см. С помощью модуля 6 сфокусируйте излучение на экране. 2. Вплотную к модулю 2 установите поворотный стол 13 и вставьте в кронштейны стола изучаемую пластину – объект 6 (). Угловая координата поворотного стола должна быть равна 0. Такая ориентация пластины соответствует нормальному падению () пучка света на пластину. 3. Регулировочными винтами модуля 6 установите сфокусирован


 
 
лазеров. Используя различные оптические явления и (или) анизотропные материалы (кристаллы), можно из естественного света получить свет с желаемой поляризацией. Поляризатор – прибор, пропускающий излучение с определенным направлением колебаний вектора E (это направление называют плоскостью поляризатора) и задерживающий излучение с другими направлениями колебаний. Если на поляризатор падает линейно поляризованный свет с вектором напряженности E, и плоскость поляризации света составляет угол α с плоскостью поляризатора, то в волне, прошедшей через идеальный поляризатор, останется только компонента E1, параллельная плоскости поляризатора (рис.8.3): .   Поскольку интенсивность света пропорциональна среднему квадрату напряженности, то для интенсивности линейно поляризованного света, прошедшего через идеальный поляризатор,получаем соотношение, называемое законом Малюса: . (8.2) При падении на поляризатор естественного света, в прошедшей волне останется одна из компонент колебаний, параллельная плоскости поляризатора, т. е. естественный свет превращается в линейно поляризованный. Интенсивности, соответствующие ортогональным колебаниям, в естественном свете одинаковы, и каждая из них равна половине общей интенсивности . После поляризатора имеем волну с интенсивностью одной из ортогональных компонент: . При падении на поляризатор частично поляризованного света интенсивность прошедшего света зависит от ориентации поляризатора более сложно. Обращаясь к рис. 8.4 и 8.3 с учетом закона Малюса, найдем: . При интенсивность мак
ное пятно, оказавшееся в увеличенном виде на экране задней стенки установки, на отметку 70,0 см.   4. Поворачивайте поворотный стол с шагом 150 вначале по часовой стрелке, затем против. Для каждого положения стола запишите смещение светового пятна на экране относительно исходной отметки (х 1 – смещение светового пятна при повороте стола по часовой стрелке, х 2 – против часовой стрелки). 5. Для расчетов смещение луча , Н – смещение луча на экране и - увеличение микропроектора, оно принимается постоянным и равным 18. 6. Рассчитайте показатель преломления пластинки по формуле (1.19). 7. Вычислите , , , и занесите результаты в таблицу:
º , , %
             
       
       
       

8. Представьте окончательный результат в виде:

, …%

9. Проведите те же измерения с объектом 5 – стеклянной плоскопараллельной пластиной (). Необходимо выполнить измерения 4 измерения смещения светового пятна для углов падения 100, 200, 300, 400 (один раз при повороте стола 13 по часовой стрелке, другой раз – против часовой стрелки).


 
 
При и уравнение результирующего колебания (8.1) превращается в уравнение эллипса , а при и - в уравнение окружности . В этом случае конец вектора E движется по эллипсу (при – по окружности) (рис. 8.2). Линейную поляризацию также можно считать частным случаем эллиптической поляризации. Волну с эллиптической поляризации можно представить как суперпозицию двух ортогональныхволн с линейными Рис. 8.3. Рис. 8.4.   поляризациями (рис.8.3): . Свет с частичной поляризацией представляет собой суперпозицию поляризованного света с интенсивностью и естественного света с интенсивностью (рис. 8.4): . Лампы накаливания, люминесцентные излучатели, газоразрядные и многие другие источники света дают неполяризованный (естественный) свет. Свет с линейной поляризацией дают некоторые типы
    Рис. 1.7.   Задание 3. Определение показателя преломления призмы При прохождении светового пучка через призму (рис. 1.7) существует угол падения, при котором отклонение пучка от начального направления минимально. При этом лучи падающего и прошедшего пучков симметричны относительно преломляющих граней призмы. Угол минимального отклонения - наименьший угол между оптической осью и преломленным лучом – связан с преломляющим углом призмы соотношением: . (1.20) При этом угол падения определяется законом преломления: , (1.21) тогда показатель преломления находится по формуле:


 
 
1. Плоская или линейная поляризация. При и уравнение (8.1) принимает вид , и . Таким образом, в данном случае в заданной точке пространства конец вектора Ε движется по прямой линии в плоскости ху, перпендикулярной направлению распространения света. Если изобразить «мгновенную фотографию» векторов E, начинающихся на одном луче (рис.8.1), то все эти векторы окажутся в одной плоскости, называемой плоскостью поляризации света. Допустим, что световые волны когерентны, причем δ=0, тогда: . Следовательно, результирующее колебание совершается в фиксированном направлении – волна оказывается плоскополяризованной. Рис. 8.2.   2. Эллиптическая поляризация (в частном случае круговая).
. (1.22) Эксперимент 1. Освободите оптическую скамью, установите на нее поворотный стол (модуль 13), так, чтобы его риска была вблизи отметки 20 см, и поместите призму (объект 9) в объектную плоскость стола. Поворачивая стол, наблюдайте на экране установки движение пучков, отраженных от граней призмы, и преломленных в ней (рис. 1.8). Рис. 1.8   2. Поворачивая стол, направьте отраженный от грани луч навстречу падающему, совместив следы соответствующих пучков в точке выхода луча из лазера. При этом фиксируется положение нормали к грани призмы. Зафиксируйте угловую координату стола. 3. Поверните стол против часовой стрелки до фиксации положения нормали к следующей грани призмы. Смещение стола представляет собой угол, смежный с ближайшим к вам преломляющим углом призмы . Тогда данный преломляющий угол призмы .


 
 
Рис. 8.1. Результирующая напряженность является векторной суммой напряженностей Ex, Ey угол между направлениями векторов определяется выражением: . Получим уравнение результирующего колебания: , , , , . (8.1) В зависимости от величины d и соотношения между амплитудами складывающихся колебаний Ах и Ау различают следующие виды поляризации:
4. Пользуясь тем же методом, найдите остальные преломляющие углы призмы.. 5. Определив положение нормали к основанию призмы – зафиксировав угловую координату стола , поворачивайте стол таким образом, чтобы световое пятно на экране перемещалось вправо, до тех пор, пока не получите минимальное отклонение преломленного луча – самое удаленное (крайнее правое) положение светового пятна на шкале экрана. 6. Снимите координату стола и определите угол падения . 7. По формуле (1.22) найдите показатель преломления. 8. Выполните пункты 5-7 для боковой грани призмы. 9. Вычислить , , , и занести результаты в таблицу:
грань º º º º º , % 12345678910Следующая ⇒

Date: 2015-08-06; view: 655; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...


mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.007 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию