Методические указания к выполнению лабораторных занятий по дисциплине «физика» Алмалык 2020

Контрольные вопросы
1. Какой свет называется естественным светом?
2. Что называется частично поляризованным, плоскополяризованным, циркулярно поляризованным светом?
3. При каком угле падения света на границу двух сред преломленный свет будет поностью поляризованным?
4. Объясните закон Малюса?
5. Почему нельзя погасить вращением анализатора частично поляризованный свет?
6. Почему луч света проходя через анизотропную среду разлагается на два луча?
Лабораторная работа № 19


Определение концентрации раствора сахара поляриметром


Цель работы: изучение явления поляризации света.


Приборы и принадлежности: поляриметр, трубка для растворов, растворы.


Теоретические сведения
С точки зрения электромагнитной теории, свет представляет собой поперечную электромагнитную волну (рис.1).
Векторы напряженности электрического поля E и магнитного поля H колеблются во взаимно-перпендикулярных плоскостях, вектор S характеризует направление распространения волны. При взаимодей­ствии света с веществом переменное электрическое поле воздейст­вует на электроны атомов и молекул этого вещества, в то время как действие со стороны магнитного поля на заряженные частицы незначительно. Поэтому в процессах распространения света в ве­ществе главную роль играет вектор электрической напряженности.
Если колебания вектора E (а следовательно, H) происходят в одной плоскости, то свет называется плоскополяризованным (рис. 1;2,а). Поляризованной называется волна, в которой существует предпочтительное направление колебаний. Различают следующие виды поляризации: линейная (плоская) поляризация; круговая (циркулярная) поляризация; эллиптическая поляризация. Поляризация возможна только у поперечных волн. Волну с круговой или эллиптической поляризацией можно разложить на две линейно-поляризованные волны. Солнце, лампы накаливания и другие источники не являются источниками плоскополяризованного света. Плоскость колебаний вектора E в таких световых волнах непрерывно меняется. Свет, в котором колебания вектора E происходят в о всевозможных направле­ниях, перпендикулярных лучу, называется естественным (рис.2,б). Принято в поляризованном луче считать плоскость, в которой колеблется век­тор H плоскостью колебаний, а плос­кость, в которой колеблется вектор E - плоскостью поляризации.
Существуют различные способы получения поляризованного света. Устройства, с помощью которых из естественного получают поляризованный свет, называются поляризаторами. Для обнаружения поляризации служат анализаторы, которые по своему принципу действия идентичны поляризаторам. Поляризатор пропускает только компоненту с определенным направлением колебаний, выделяя ее из е стественного света. В зависимости от ориентации анализатора компонента либо проходит, либо не проходит через него. При скрещенном положении поляризатора и анализатора, когда они повернуты друг относительно друга на 90°, световые волны сквозь них не проходят. Поляризованный свет из естест­венного может быть получен при отра­жении от границы раздела двух сред. Пусть на границу раздела двух сред падает естественный свет (рис. 3).
Тогда и отраженный свет, и пре­ломленные лучи оказываются частично поляризованными. Степень их поляризации зависит от угла падения луча i. Когда преломленный и отраженный лучи сос­тавляют угол 90°, то отраженный луч оказывается полностью поляризованным. Прелом­ленный луч при этом поляризован частично. Условие полной поляризации отраженного лу­ча можно подучить, используя закон прелом­ления света на границе раздела двух сред.
Если n₂₁ - показатель преломления II среды относительно I, то n₂₁=sini/sinr при i+r=90°. cosi=sinr, тогда n₂₁=sini/cosi, следовательно, tgi_B=n₂₁ (закон Брюстера). Закон Брюстера: Если угол падения светового луча на границу раздела равен поляризационному углу (углу Брюстера), то отраженный луч полностью линейно поляризован. В этом случае отраженный и преломленный лучи образуют прямой угол.