Дослідження явища поляризації світла
Завдання роботи:
- Ознайомитися з теоретичною частиною роботи.
- Отримати експериментальний графік залежності освітленості від кута між поляризатором і аналізатором.
- Побудувати теоретичний графік, використовуючи закон Малюса.
Обладнання:
Оптична лава, освітлювач, джерело струму, два поляроїда, датчик освітленості DT009-4, АЦП (аналогово-цифровий перетворювач) NOVA LINK, ПК.
Теоретична частина
Відомо, що будь-яку лінійно поляризовану хвилю можна розкласти на дві лінійно поляризовані хвилі з взаємно перпендикулярними площинами коливань. Нехай поляризатор створює лінійно поляризоване світло з амплітудою Е. Аналізатор А пропускає коливання, що збігаються з напрямком аа’. Кут між головними площинами поляризатора й аналізатора дорівнює α. Розкладемо Еп на Еǁ , що збігається з напрямком аа’, та Е , перпендикулярний до цього напрямку. Коливання з амплітудою Е﬩ поглинаються аналізатором, а з амплітудою Еǁ – проходять крізь нього. З рисунку маємо:
.
Але відомо, що око або фотоелемент реагує не на амплітуду коливань, а на інтенсивність світла, яка прямо пропорційна квадрату амплітуди хвилі: Підносячи вираз для Еǁ до квадрата та замінюючи квадрат амплітуди значенням інтенсивності, дістаємо закон Малюса:
.
Якщо світло поляризоване, то І0 – інтенсивність світла, що падає на аналізатор; α – кут між площиною коливання електричного вектора світла та головною площиною аналізатора; І – інтенсивність світла, яке проходить крізь аналізатор (поглинання в ньому не враховується). У випадку природного світла І0 – інтенсивність світла, яке проходить крізь поляризатор і аналізатор при паралельних головних площинах; α – кут між головними площинами поляризатора й аналізатора; І – інтенсивність світла, яке проходить крізь поляризатор і аналізатор (поглинання в них не враховується). При поляризації світла в поляризаторі втрачається половина інтенсивності світла, яке падає на нього. Отже, для системи поляризатор – аналізатор закон Малюса записується так:
де І0 – інтенсивність природного світла, що падає на аналізатор; k – коефіцієнт поглинання поляризатора та аналізатора.
Хід роботи
- Установіть на столі оптичну лаву. Закріпіть на лаві освітлювач.
- З’єднайте освітлювач із джерелом струму.
- Установіть на рейтер датчик освітленості. Заклейте вікно датчика шматочком ізоляційної стрічки, утворивши вузьку щілину. Установіть межу виміру 6000 Лк.
- Установіть поляроїди на оптичну лаву і перевірте збіг площин поляризації.
- З’єднайте АЦП із USB-входом вашого ПК.
- З’єднайте датчик освітленості з АЦП, задіявши перший вхід.
- Запустіть програму Multilab.
- Відкрийте вкладку «Реєстратор» – «Настройка реєстратора» і переконайтеся, що датчик розпізнаний і підключений до входу.
- У вікні, що залишилося, натисніть «Далі».
- Виберіть у списку частоту вимірів – «Вручну».
- Натисніть «Далі».
- Виберіть кількість вимірів –20.
- Натисніть «Завершити».
- Виберіть кнопку «Новий експеримент» .
- Увімкніть джерело струму та встановіть оптимальну освітленість.
- Натисніть кнопку «Пуск» .
- Змініть кут між поляроїдами на 10°.
- Знову натисніть «Пуск» .
- Повторюйте попередні кроки до моменту, поки кут не досягне 90°, а потім назад до 0°.
- Натисніть «Стоп» .
- На екрані з’явиться графік залежності освітленості від кількості вимірів.
Аналіз даних
- У верхньому меню виберіть «Таблиця» – «Додати стовпчик введення».
- Введіть назву й одиницю виміру. У додатковому стовпчику проставте кут між поляроїдами.
- Виберіть кнопку «Редагування графіка» .
- Виберіть вісь х – дані, що редагуються, вісь y – освітленість.
- На екрані з’явиться графік залежності освітленості від кута між поляроїдами.
- Виберіть кнопку «Експорт в Excel».
- Перетворіть у таблицях значення кута в радіани.
- Розрахуйте очікувану теоретично освітленість, у кожному випадку задавши відповідну формулу.
- Зрівняйте результати, отримані теоретично і практично.
- Зробіть висновки відповідно до мети роботи.