Microsoft Word Fizika umk II chast 2 ëàáîðàòîðèÿ. doc

Порядок выполнения работы

1. 
   Собрать оптическую часть установки по схеме рис. 7.6. Экран поместить в положение фокальной плоскости линзы.
   
2. 
   
   Рис. 7.6. S- источник света; 1,3- линза; 2- дифракционная решетка; 4- экран.
   Дифракционная решетка устанавливается на расстоянии 50+70 см от щели.
   
3. 
   Подается питание на лампочку и через дифракционныю решетку наблюдается дифракционная картина.
   
4. 
   Измеряется расстояние Z от щели до дифракционной решетки.
   
5. 
   Измеряются расстояния l1 и l2 с левой и правой части от щели для первого и второго максимумов фиолетового, зеленого и красного цветов и находится среднее расстояние по формуле lср=(l1+l2)/2.
   
6. 
   Находится отношение tgо=lср/Z. Так как для малых углов tg о=sin о- lср/Z, то формула (7.11) примет следующий вид: d■ lщр/Z=±кX.
   

Из этой формулы находим длину волны X=d■ lср/kZ.
По этой формуле рассчитываем длину волны.
7. Результаты измерений и вычислений заносим в следующую таблицу:

Цвет	d,м	к	Z,м	l1,м	l2,м	lср,м	Х,мкм	<Х>	ЛХ	<ЛХ>	8
Фиоле­товый		1
		2
Зеле­ный		1
		2
Крас­ный		1
		2

8. Определяются абсолютная и относительная ошибка.
Контрольные вопросы

1. 
   Объясните явление и условия наблюдения дифракции.
   
2. 
   Объясните принцип Гюйгенса-Френеля.
   
3. 
   Нарисуйте и объясните дифракцию Френеля и Фраунгофера через один щель. Напишите условия максимумов и минимумов.
   
4. 
   Напишите и объясните условия максимумов и минимумов для дифракционной решетки.
   

Литература

1. 
   Н.М.Годжаев Оптика "Учебное пособие для вузов", М. Выс. школа, 1977.
   
2. 
   С.А. Ахманов, С.Ю. Никитин "Физическая оптика" М., 2004.
   

Лабораторная работа № 14
Проверка закона Малюса.
Цель работы: получение поляризованного света и изучение закона Малюса.
Приборы и принадлежности: поляризатор, анализатор, источник света, источник тока.
Теоретические сведения
Любой свет представляет собой совокупность огромного количества отдельных и совершенно независимых излучателей световой энергии (атомов, молекул или тех и других одновременно).
Свет, излучаемый отдельным атомом или молекулой, представляет собой плоскополяризованную электромагнитную волну, в которой вектор напряженности электрического поля Е изменяется со временем в строго определенной плоскости (обозначим ее Q1). Плоскость, в которой изменяется вектор напряженности магнитного
поля H (обозначим ее Q2), перпендикулярна к плоскости Q1. Вектор с, характеризующий скорость распространения света в вакууме (в любой другой среде скорость света v будет равна c/n, где n - абсолютный коэффициент преломления среды) всегда ориентирован
вдоль прямой О1О2, по которой пересекаются плоскости Q1 и Q2 (рис.8.1).



E1 E-

E3

E7

5

E8

б.

E4

E6


Однако в каждый момент времени вдоль данного направления распространяется энергия, излучаемая многими излучателями, ориентация которых в пространстве беспорядочна. Поэтому векторы Е и Н, оставаясь перпендикулярными к одному и тому же вектору с, оказываются расположенными в любой плоскости, проходящей через прямую О1О2 (см. рис.8.1б, на котором вектор с перпендикулярен к плоскости рисунка). Совокупность световых волн со всеми возможными ориентациями векторов Е (а стало быть и Н), существующими одновременно или быстро и беспорядочно сменяющими друг друга, называется естественным светом.
Существует несколько способов, основанных на использовании различных оптических явлений, разрешающих преобразовать естественный свет в плоскополяризованный, т.е. в такой, в котором изменение вектора Е происходит только в одной определенной плоскости, которую принято называть плоскостью колебаний. Плоскость, в которой в этом случае изменяется вектор Е, называют плоскостью поляризации света.
Любое устройство, поляризующее свет, называют поляризационным прибором или поляризатором. Отметим, что то же устройство можно использовать для исследования состояния поляризации света. Тогда его называют анализатором.
Обозначив амплитудное значение вектора Е до и после прохождения через анализатор соответственно через Ао и А, будем иметь
А=А о-cos а (8.1)
Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитудного значения вектора Е, то
I=Iо-cos 2а (8.2)
Соотношение (8.2) выражает закон Малюса.
Интенсивность поляризованного светового пучка всегда равна половине интенсивности того естественного светового пучка, из которого он получен.
Можно показать, что интенсивность I10 плоскополяризованного светового пучка, полученного из естественного света с интенсивностью Iо в результате прохождения через поляризатор 2 (см.рис.8.2), по выходу из анализатора 3 будет
1 —► 2 —► 3 —► 4 —► 5
Рис.8.2. Блок схема экспериментальной установки.
1-источник света, 2-поляризатор, 3-анализатор, 4-фотоэлемент, 5-измерительный прибор.
I=Iio- cos² а= 11o cos ²а,
где Iо - интенсивность естественного светового пучка, падающего на поляризатор, 110 - интенсивность пучка, прошедшего поляризатор, I - интенсивность вышедшего из анализатора светового пучка, а - угол между плоскостями, в которых происходят
колебания вектора Е до и после прохождения света через анализатор.
Описание установки и методики измерений.
Как уже выше сказано, что световая волна полностью не поляризуется. В световом пучке прошедший через поляризатор может присутствовать частично не поляризованная световая волна. В таких случаях вводиться понятие степень поляризации, и она


(8.3)
определяется на основании следующего выражения p= I max - I min
I max ⁺ I min
где, Imax - максимальное значение интенсивности света прошедшего через анализатор (в этом случае плоскость поляризации поляризатора и плоскость поляризации анализатора совпадают). Imin - минимальное значение интенсивности света прошедшего через анализатор (в этом случае плоскость поляризации поляризатора и плоскость поляризации анализатора взаимно перпендикулярны).
Лабораторная работа выполняется на основе блок схемы приведенной на рис.8.2. Параллельные световые лучи от источника света проходят через поляризатор 2 и анализатор 3, а затем принимается фотоэлементом 4. Фотоэлемент преобразует световую энергию пропорционально в электрический сигнал и она измеряется при помощи измерителя электрического сигнала. Считая интенсивность света падающую в поляризатор Iо (показания измерителя электрического сигнала также обозначим буквой Io), а интенсивность света прошедшего через поляризатор I10 (показания измерителя электрического сигнала соответственно обозначим буквой I10). Интенсивность света прошедшего через анализатор равна I (показания измерителя электрического сигнала в этом случае обозначим буквой I). На основании формулы (8.2) проверяем закон Малюса и на основании выражения (8.3) определяем степень поляризации света.
Порядок выполнения работы

1. 
   Источник света подключается к источнику электрического питания.
   
2. 
   Поляризатор и анализатор устанавливается в одной линии по лучу светового излучения.
   
3. 
   Устанавливаем по лучу света фотоэлемент, и его выходные провода соединяем с входом измерителя электрического сигнала.
   
4. 
   Меняя положение плоскости поляризации анализатора относительно положения плоскости поляризации поляризатора необходимо последовательно добиться показаний минимального и максимального значений сигнала измерительного прибора. Повторить это 5^6 раз.
   
5. 
   Меняя положение плоскости поляризации анализатора относительно плоскости поляризации поляризатора через каждые 10^15 градусов до 360 градусов записать показания измерительного прибора.
   
6. 
   Повторить измерения в пункте 5 и результаты записать в таблицу.
   

   №	Угол поворота ф, град.	I, А
   1
   2
   3
   4
   5

7. 
   На основании выражений 2 и 3, определить среднее значение степени поляризации света и проверить закон Малюса.