Порядок виконання роботи. 1) Впевнитись в правильній послідовності розташування приладів на оптичній лаві згідно рисунку 3, а

1) Впевнитись в правильній послідовності розташування приладів на оптичній лаві згідно рисунку 3, а.

2) Зняти з лави збиральну лінзу, встановити в освітлювач світлофільтр. За дозволом керівника занять ввімкнути лампу освітлювача і, регулюючи ширину щілини та положення біпризми, дістати в полі зору окуляр-мікрометра чітку та максимально контрастну інтерференційну картину (рисунок 3, б). Сфокусувати також окуляр мікрометра на чітке зображення візирного перехрестя. З’ясувати якісно, як впливає на інтерференційну картину ширина щілини.

3) За допомогою вимірювального окуляра визначити середню ширину інтерференційних смуг ΔY. Для цього сумістити перехрестя окуляр-мікрометра з серединою однієї з темних (світлих) смуг. Зробити відлік Y_k по шкалі барабана мікрометра. Плавно обертаючи барабан, перемістити перехрестя на N = (4... 8) смуг та зробити другий відлік Y_k+N. Записати в таблицю одержані відліки та середню ширину смуги:

4) Повторити вимірювання п.3 ширини інтерференційних смуг 4 – 5 разів на різних ділянках інтерференційної картини. Записати в таблицю одержані результати. Порівняти між собою значення ширини смуг, одержані на різних ділянках картини.

5) Визначити відстань d між уявними джерелами. Для цього, не зрушуючи приладів на оптичній лаві, помістити між біпризмою та окуляр-мікрометром збиральну лінзу. Зміщуючи лінзу вздовж оптичної лави, дістати в полі зору окуляра чіткі зображення уявних джерел S₁ та S₂ (рисунок 3, в). Виміряти відстань δ між ними. Виміряти масштабною лінійкою відстані між щілиною та лінзою p і між лінзою та окуляром q. З врахуванням збільшення лінзи дістанемо: Записати в роботу результати вимірювань величини d.

4 ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ

1) На основі одержаних згідно п.п. 3 – 5 експериментальних результатів розрахувати за формулою (7) довжину світлової хвилі λ в кожному досліді. Результати розрахунків записати в таблицю.

2) Оцінити похибки вимірювань ефективної довжини світлових хвиль λ для даного світлофільтра. Записати кінцевий результат.

3) Виміряти масштабною лінійкою відстані від біпризми до щілини а та від біпризми до окуляра b і розрахувати за одержаним значенням λ заломлюючий кут β біпризми (у радіанах, градусах та кутових хвилинах). Вважати показник заломлення скла n = 1,52.

4) Зробити висновки.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1) В чому полягає явище інтерференції світла? Які умови необхідні для утворення стаціонарних і контрастних інтерференційних картин?

2) При виконанні яких умов в точці спостереження виникає максимум (мінімум) інтерференції?

3) Як утворюється інтерференційна картина в досліді Юнга?

4) Виведіть формули для розрахунку координат світлих інтерференційних смуг на екрані в досліді Юнга. Від чого залежить ширина смуг?

5) Як зміниться інтерференційна картина, якщо поміняти червоний світлофільтр на зелений?

6) Який метод застосовується в даній роботі для утворення когерентних світлових хвиль? Чому джерела S₁ та S₂ когерентні?

7) Чому заломлюючий кут біпризми повинен бути малим?

8) З якою метою в даній роботі застосовується світлофільтр? Який вигляд буде мати інтерференційна картина в разі відсутності світлофільтра?

9) Чи буде змінюватись інтерференційна картина при пересуванні біпризми вздовж оптичної лави?

10) Як впливає на якість інтерференційної картини ширина щілини S?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 28

ВИВЧЕННЯ ПОЛЯРИЗАЦІЇ СВІТЛА
Перевірка закону Малюса
Визначення концентрації розчину цукру
за допомогою цукрометра

Прилади і матеріали:

1) два поляроїди;

2) лімб із шкалою 0 – 360˚;

3) люксметр;

4) освітлювач;

5) цукрометр універсальний СУ- 4;

6) кювети з розчинами цукру.

Явище поляризації світла і в особливості взаємодії поляризованого світла з речовиною знайшли виключно широке застосування в наукових дослідженнях структури та оптичних властивостей кристалів, структури біологічних об’єктів, у кристалохімії, органічній та аналітичній хімії, у мікроскопії, а також для одержання інформації про трудно досяжні, віддалені об’єкти (зокрема, в астрофізиці).

Поляризоване світло широко використовується в багатьох областях техніки, наприклад, в лазерній техніці, в системах оптичного зв’язку, в оптичній локації, у фотометрії для плавного регулювання інтенсивності світлового променя, для дослідження механічних напружень в конструкціях, у швидкісній фото- та кінозйомці, для створення стереоскопічного ефекту у кіно, підсилення контрасту та усунення світлових відблисків у фотографії.

Поляризаційні методи вимірювань в оптиці відносяться до виключно точних. Наприклад, при визначенні показників заломлення вони у 10 000 разів перевищують за чутливістю інтерференційні методи.

В історії фізики задовго до створення електромагнітної теорії світла (Максвелл, 1866) дослідження поляризації вперше навело на думку, що світло – це поперечна хвиля (Гук, 1672). Суттєве значення для розуміння поляризації світла мало її проявлення в явищах інтерференції світла і, зокрема, той факт, що світлові промені із взаємно перпендикулярними площинами поляризації не утворюють інтерференційних картин (Юнг, 1817).

Мета даної роботи полягає у вивченні властивостей плоскополяризованого світла та його застосування.

1 ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

1.1 Поляризоване та неполяризоване світло

З електромагнітної теорії світла відомо, що плоска світлова хвиля є поперечна, тобто три вектори, які характеризують хвилю – електричний Е, магнітний Н та хвильовий вектор k (паралельний вектору v швидкості поширення хвилі) – взаємно перпендикулярні (рисунок 1). Плоска світлова хвиля називається лінійно поляризованою (або плоско поляризованою), якщо електричний вектор Е, змінюючись, весь час лежить в одній площині.¹⁾ Площина, що проходить через напрямок коливань вектора Е та напрямок поширення лінійно поляризованої світлової хвилі, називається площиною поляризації хвилі (хвиля на рисунку 1 поляризована у горизонтальній площині).

Поле Е електромагнітної хвилі у кожний момент часу можна розкласти на дві незалежні складові Е_х та Е_y,як показано на рисунку 2, а. Амплітуди та фази складових в загальному випадку можуть бути різні. Стан поляризації гармонічної біжучої хвилі визначається співвідношенням амплітуд та фаз цих незалежних складових. Кожний з векторів Е_х та Е_y описує лінійно поляризовану хвилю, і обидва вектори змінюються у взаємно перпендикулярних напрямках гармонічно з однаковими частотами. Як відомо з теорії коливань, при додаванні взаємно перпендикулярних коливань однакової частоти результуючий рух відбувається по еліпсу. В разі електромагнітних хвиль такий випадок відповідатиме еліптичній поляризації хвилі. Отже, при еліптичній поляризації світла вектор Е електромагнітного поля обертається в площині(z = const), перпендикулярній до напряму поширення хвилі, одночасно змінюючись періодично за модулем, так що кінець його описує еліпс. Це найбільш загальний стан поляризації світла, який за певних умов (при певних значеннях амплітуд та різниці фаз Δφ коливань) перетворюється у лінійну або циркулярну (по колу) поляризації (див., наприклад, розділ 1.2 лаб. роботи № 25). Розглядаючи електромагнітні хвилі з циркулярною (еліптичною) поляризацією, розрізняють праву та ліву циркулярну поляризацію. Якщо при спостереженні назустріч хвилі обертання вектора Е у фіксованій площині (z = const) відбувається проти руху стрілки годинника, то поляризація вважається лівою, і навпаки (рисунок 2, б).

Найбільш важливими у дослідницькій практиці є граничні випадки еліптичної поляризації – лінійна та циркулярна. Відмітимо, що, користуючись принципом суперпозиції коливань, можна завжди розглядати лінійно поляризовану електромагнітну хвилю як суперпозицію двох однакових за інтенсивністю хвиль з правою та лівою циркулярною поляризацією, і навпаки, будь-яку циркулярно поляризовану хвилю можна подати як суму двох однакових за амплітудою лінійно поляризованих хвиль з взаємно перпендикулярними площинами поляризації. Залежно від характеру задачі, що

У випадках, коли в світловому промені можна вказати переважний напрямок коливань вектора Е, світло називають частково поляризованим (рисунок 3, б). Частково поляризоване світло можна умовно розглядати як суміш неполяризованого та лінійно поляризованого світла.