3 семестр БТС / ЛР 6 / 0501 Конунников ЛР6-1
.pdfФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
им. В.И. Ульянова (Ленина)»
кафедра физики
ОТЧЕТ
по лабораторной работе № 6
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНО ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА
Выполнила: Конунников Г. А.
Группа № 0501
Преподаватель: Иманбаева Р. Т.
Вопросы |
|
Задачи ИДЗ |
Даты коллокви- |
Итог |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ума |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Санкт-Петербург, 2021
2
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНО ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: проверка закона Малюса; определение степени поляризации света.
ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: Экспериментальная установка состоит из источника естественного света S (лампа накаливания),
диафрагмы D, линзы L, сменных светофильтров С, поляризатора Р,
анализатора А, фотоэлемента Ф и микроамперметра РА. Угол φ между главными сечениями поляризатора и анализатора можно изменять вращением анализатора вокруг оси, совпадающей с оптической осью установки. Угловое положение главного сечения анализатора определяется по шкале, находящейся на его корпусе. Экспериментальная установка представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Установка для проверки закона Малюса
Сила тока в цепи фотоэлемента пропорциональна интенсивности света I, падающего на фотоэлемент. Интенсивность света, прошедшего через анализатор, измеряется в условных единицах (делениях шкалы микроамперметра).
ИССЛЕДУЕМЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ:
электромагнитная волна является поперечной. Плоскость, в которой лежат векторы Е и k, называется плоскостью колебаний, а
перпендикулярная ей плоскость, в которой лежат векторы Н и k, –
плоскостью поляризации.
3
Световые волны суть электромагнитные волны с длинами волн от 400
до 760 нм. Свет от обычных (не лазерных) источников (например, от нити накаливания ламп) представляет собой совокупность большого числа волновых пакетов (цугов волн), каждый из которых является результатом единичного акта испускания электромагнитного излучения атомом вещества. Если положение плоскости колебаний в световой волне каким-
либо образом упорядочено, то свет поляризован (частично поляризован).
Если электромагнитная волна падает на границу раздела двух изотропных сред, то во второй среде имеется только одна волна, распространяющаяся по «обычным» законам преломления.
Одним из широко распространенных поляризаторов света является призма Николя, изготовленная так, что необыкновенная e волна проходит через призму, а обыкновенная о претерпевает на прослойке AA′, полное отражение и поглощается зачерненной гранью A′C. призма Николя представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – призма Николя
Закон Малюса. Пусть на анализатор падает плоско поляризованная волна с амплитудой напряженности электрического поля E1, плоскость колебаний которой (волны) образует с плоскостью главного сечения поляризатора угол φ. Интенсивность волны пропорциональна квадрату напряженности электрического поля. На выходе анализатора амплитуда напряженности электрического поля будет равна , а интенсивность света пропорциональна , тогда закон Малюса будет представлен как:
4
(1)
Если после первого поляризатора установить второй однотипный поляризатор, называемый анализатором, то интенсивность на выходе анализатора будет изменяться по закону Малюса
(2)
где I0 и I1 – интенсивности естественного и линейно поляризованного света на входе первого и второго поляризаторов соответственно; φ – угол между плоскостями поляризатора и анализатора.
Для характеристики частично поляризованных световых пучков вводят понятие степени поляризации, под которой понимают отношение интенсивности поляризованной составляющей к полной интенсивности светового пучка на выходе поляризатора
(3)
При вращении прибора вокруг направления луча интенсивность света на его выходе будет изменяться в пределах: .
При этом учтен тот факт, что поляризованная и естественная составляющие при прохождении через анализатор линейно поляризованы и изменяются в соответствии с законом Малюса:
(4)
Выразив , получим:
(5)
Для плоско поляризованного света .
Контрольные вопросы
6. Объясните принцип действия поляроида.
5
Ответ:
Поляроиды, преобразуют неполяризованный свет в линейно поляризованный, т. к. пропускают свет только одного направления поляризации.
29. Могут ли продольные волны быть плоско поляризованными?
Ответ:
Для продольной волны проекция вектора возмущения на плоскость фронта волны в любой момент времени дает точку, лежащую на прямой по которой распространяется волна. Следовательно, точка всегда симметрична направлению распространения волны и такая симметрия - признак неполяризованной волны. Следовательно, продольные волны не могут быть плоско поляризованными.
6
ПРОТОКОЛ НАБЛЮДЕНИЙ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИПРИЗМЫ
Таблица 1 – Значения |
и в пределах полного оборота анализатора |
||||||||||||||||||||||
N |
|
|
|
= | |
− |
| |
|
|
|
|
|
|
|
= | |
− |
| |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дел |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Таблица 2 – Проверка закона Малюса. Т = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
, |
|
0 |
|
10 |
|
|
20 |
|
|
30 |
|
|
40 |
|
|
|
60 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( ), дел |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
, |
|
70 |
|
80 |
|
|
90 |
|
|
100 |
|
|
110 |
|
|
120 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( ), дел |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
, |
|
130 |
|
140 |
|
|
150 |
|
|
160 |
|
|
170 |
|
|
180 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( ), дел |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
, |
|
190 |
|
200 |
|
|
210 |
|
|
220 |
|
|
230 |
|
|
240 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( ), дел |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
, |
|
250 |
|
260 |
|
|
270 |
|
|
280 |
|
|
290 |
|
|
300 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( ), дел |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
, |
|
310 |
|
320 |
|
|
340 |
|
|
350 |
|
|
360 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( ), дел |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выполнил |
Конунников Г.А. |
Факультет ИБС
Группа № 0501
“____” __________ _____
Преподаватель: Иманбаева Р. Т
7
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Расчеты необходимые для проверки закона Малюса представлены в таблице 3.
Значения максимальной и минимальной интенсивности представлены в таблице 4 при N = 6, P = 95%.
Расчет степень поляризации света методом переноса погрешностей представлен в таблице 5 при P = 95%.
График экспериментальной и теоретической зависимости представлен на рисунке 5.
= | − |
|
| |
|
|
( ) |
экс |
= ( ) − |
|
У |
( ) = |
( )экс |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
э |
|
|
̅ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
( ) |
теор |
|
|
|
|
|
|
|
|
̅ |
|
|
|
̅ |
|||||
УТ( ) = |
|
|
= 2 |
+ = (1 |
− ) 2 + = (1 − |
|
) 2 + |
|
|
|||||||||||
|
̅ |
|
|
|
|
̅ |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
̅ |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Таблица 3 – Проверка закона Малюса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
, дел |
|
( ), дел |
|
( )экс, дел |
Уэ( ) |
|
|
Ут( ) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
0 |
|
110 |
|
|
|
|
14 |
|
|
8 |
0,161616162 |
0,244822747 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
10 |
|
100 |
|
|
|
|
9 |
|
|
3 |
0,060606061 |
0,170569149 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
20 |
|
90 |
|
|
|
|
7 |
|
|
1 |
0,02020202 |
|
0,144781145 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
30 |
|
80 |
|
|
|
|
10 |
|
|
4 |
0,082191781 |
0,170569149 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
40 |
|
70 |
|
|
|
|
16 |
|
|
10 |
0,202020202 |
0,244822747 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
50 |
|
60 |
|
|
|
|
25 |
|
|
19 |
0,383838384 |
0,358585859 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
60 |
|
50 |
|
|
|
|
35 |
|
|
29 |
0,585858586 |
0,498136975 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
70 |
|
40 |
|
|
|
|
44 |
|
|
38 |
0,767676768 |
0,64664417 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
80 |
|
30 |
|
|
|
|
53 |
|
|
47 |
0,949494949 |
0,786195286 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
90 |
|
20 |
|
|
|
|
59 |
|
|
53 |
1,070707071 |
0,899958398 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
100 |
|
10 |
|
|
|
|
61 |
|
|
55 |
1,111111111 |
0,974211996 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
110 |
|
0 |
|
|
|
|
|
63 |
|
|
57 |
1,151515152 |
1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
120 |
|
10 |
|
|
|
|
61 |
|
|
55 |
1,111111111 |
0,974211996 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
130 |
|
20 |
|
|
|
|
57 |
|
|
51 |
1,03030303 |
|
0,899958398 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8
Продолжение таблицы 3
|
, дел |
( ), дел |
( )экс, дел |
Уэ( ) |
Ут( ) |
|
|
|
|
|
|
140 |
30 |
50 |
44 |
0,888888889 |
0,786195286 |
|
|
|
|
|
|
150 |
40 |
41 |
35 |
0,707070707 |
0,64664417 |
|
|
|
|
|
|
160 |
50 |
32 |
26 |
0,525252525 |
0,498136975 |
|
|
|
|
|
|
170 |
60 |
22 |
16 |
0,323232323 |
0,358585859 |
|
|
|
|
|
|
180 |
70 |
14 |
8 |
0,161616162 |
0,244822747 |
|
|
|
|
|
|
190 |
80 |
9 |
3 |
0,060606061 |
0,170569149 |
|
|
|
|
|
|
200 |
90 |
7 |
1 |
0,02020202 |
0,144781145 |
|
|
|
|
|
|
210 |
100 |
9 |
3 |
0,060606061 |
0,170569149 |
|
|
|
|
|
|
220 |
110 |
15 |
9 |
0,181818182 |
0,244822747 |
|
|
|
|
|
|
230 |
120 |
24 |
18 |
0,363636364 |
0,358585859 |
|
|
|
|
|
|
240 |
130 |
33 |
27 |
0,545454545 |
0,498136975 |
|
|
|
|
|
|
250 |
140 |
42 |
36 |
0,727272727 |
0,64664417 |
|
|
|
|
|
|
260 |
150 |
51 |
45 |
0,909090909 |
0,786195286 |
|
|
|
|
|
|
270 |
160 |
57 |
51 |
1,03030303 |
0,899958398 |
|
|
|
|
|
|
280 |
170 |
60 |
54 |
1,090909091 |
0,974211996 |
|
|
|
|
|
|
290 |
180 |
61 |
55 |
1,111111111 |
1 |
|
|
|
|
|
|
300 |
190 |
56 |
50 |
1,01010101 |
0,974211996 |
|
|
|
|
|
|
310 |
200 |
56 |
50 |
1,01010101 |
0,899958398 |
|
|
|
|
|
|
320 |
210 |
50 |
44 |
0,888888889 |
0,786195286 |
|
|
|
|
|
|
330 |
220 |
4 |
-2 |
0,707070707 |
0,64664417 |
|
|
|
|
|
|
340 |
230 |
32 |
26 |
0,525252525 |
0,498136975 |
|
|
|
|
|
|
350 |
240 |
22 |
16 |
0,323232323 |
0,358585859 |
|
|
|
|
|
|
360 |
250 |
13 |
7 |
0,141414141 |
0,244822747 |
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 – Значения максимальной и минимальной интенсивности
|
|
|
|
|
|
|
max |
min |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
̅ |
|
∑=1 |
|
, дел |
|
49,5 |
7,166667 |
|
|
|
|
|
|
||||
= |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
̅2 |
|
|
|
|
= √ |
∑1 |
( − ) |
, дел |
5,089204 |
0,408248 |
||
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
, дел |
|
|
|
|
|
|
|
2,077659 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,166667 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
∆ = |
|
∙ , дел |
|
|
|
|
13,07925 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,049198 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
̅ |
|
̅ |
, дел |
|
|
|
|
13,09925 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,069198 |
|
|
|
|||||||||||||
∆ = ∆ + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
̅ |
, дел |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,02 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,02 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
I = |
|
̅ |
|
̅ |
|
|
|
|
|
|
|
50±13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7,2±1,1 |
|
|
|
|||||||||
± ∆, дел |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Таблица 5 – Расчет степени поляризации света |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
̅ |
|
|
̅ |
−̅ |
|
|
|
|
̅ |
|
2 |
|
|
|
|
̅ |
|
̅ |
|
|
|
̅ |
|
̅ |
|
|
|
|
|
|
∆̅ |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
√( |
|
) |
2 |
+ ( |
|
) |
2 |
|
|
̅ ̅ |
|
|
|
|||||||||||
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆ = |
|
|
|
|
|
+ ∆ |
|
|
|
+ ∆ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
̅ |
+ ̅ |
|
|
|
(̅ |
+ ̅ |
)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
= ̅ ,% |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= ± ∆ |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
2,987859 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,067123 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,99±0,07 |
0,023 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
График зависимости у(φ)
1,4
1,2
1
0,8
У
0,6
0,4
0,2
0
0 |
50 |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
φ
Уэкс Ут
Рисунок 5 – График экспериментальной и теоретической зависимости