Реферат на тему поляризация света

Обновлено: 30.06.2024

Начало XIX века для физики ознаменовалось развитием волновой теории света, которым занимались ученые Т. Юнг и О. Френель. В то время природа световых волн оставалась неизвестной. Изначально предполагалось, что свет является распространяющимися в некоторой гипотетической среде – эфире продольными волнами. Однако в процессе изучения явлений дифракции и интерференции вопрос о том, продольные или поперечные световые волны, стал второстепенен. На тот момент казалось невозможным, что свет – это поперечные волны, по той причине, что по аналогии с механическими волнами пришлось бы признать эфир твердым телом, ведь поперечные механические волны не обладают возможностью распространяться в газообразной или же жидкой среде.

Несмотря ни на что, постепенно копились свидетельствующие в пользу поперечности световых волн экспериментально полученные факты.

Еще в конце XVII века было обнаружено, что кристалл исландского шпата ( CaCO 3 ) обладает свойством, позволяющим ему раздваивать проходящие сквозь него лучи. Данное явление было названо двойным лучепреломлением (рис. 3 . 11 . 1 ).

Рисунок 3 . 11 . 1 . Прохождение света через кристалл исландского шпата (двойное лучепреломление). При повороте кристалла относительно направления первоначального луча оба луча, которые проходят через кристалл, тоже поворачиваются.

Поляризация света

Поляризация света - это явление выделения из пучка естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.

Как же получить поляризованный свет?

Французским инженером Э. Малюсом в 1809 году был открыт названный в его честь закон. В экспериментах Малюса свет последовательно пропускался сквозь пару одинаковых пластинок из турмалина (прозрачное кристаллическое вещество зеленоватого оттенка). Они могли поворачиваться друг относительно друга на угол φ , как это проиллюстрировано на рисунке 3 . 11 . 2 .

Рисунок 3 . 11 . 2 . Наглядный пример закона Малюса.

Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной cos 2 φ :

Двойное лучепреломление точно также, как и закон Малюса не может быть объяснено с точки зрения теории продольных волн. Для продольных волн направление распространения луча представляет собой ось симметрии. В них любые направления в плоскости, нормальной, то есть перпендикулярной, лучу, равноправны.

В поперечной волне, к примеру, в бегущей по резиновому жгуту волне, направление колебаний и перпендикулярное ему направление не равноправны (рис. 3 . 11 . 3 ).

Рисунок 3 . 11 . 3 . Поперечная волна в резиновом жгуте. Частицы совершают колебательные движения вдоль оси y . При повороте щели S затухнет волна.

Выходит, что асимметрия относительно направления распространения луча – это решающий признак, отличающий поперечную и продольную волны. Первым высказал догадку о поперечности световых волн Т. Юнг в 1816 году. Независимо от Юнга Френель тоже выдвинул концепцию поперечности световых волн, и даже смог обосновать ее с помощью большого количества опытов. Им была создана теория двойного лучепреломления света в кристаллах.

В середине 60 -х годов XIX века Максвелл, взяв за основу совпадение известных значений скоростей распространения света и электромагнитных волн, сделал вывод о природе света. Ученый решил, что свет – это частный случай электромагнитных волн. К тому времени экспериментальным путем была подтверждена поперечность световых волн. По этой причине Максвелл предположил, что она является еще одним важным аргументом в пользу его выводов насчет электромагнитной природы света.

Пропала необходимость во введении особой среды распространения волн – эфира, который приходилось рассматривать как твердое тело. Благодаря этому электромагнитная теория света приобрела должную стройность.

В условиях электромагнитной волны вектора E → и B → направлены перпендикулярно друг к другу и находятся в плоскости, которая перпендикулярна направлению распространения волны плоскости. (рис. 2 . 6 . 3 )

Рисунок 2 . 6 . 3 . Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна. Векторы E → , B → и υ → взаимно перпендикулярны.

В каждом из процессов взаимодействия света с веществом электрический вектор E → играет основную роль. По данной причине его называют световым вектором.

Виды поляризации света

Если при распространении электромагнитной волны световой вектор сохраняет свою ориентацию, то подобная волна носит название линейно поляризованной или плоско поляризованной. Отметим, что термин поляризации волн ввел Малюс применительно к поперечным механическим волнам.

Плоскость, в которой колеблется световой вектор E → , носит название плоскости колебаний (то есть плоскость y z , изображенная на рисунке 2 . 6 . 3 ), а плоскость, в которой совершает колебание магнитный вектор B → , является плоскостью поляризации (плоскость x z на рисунке 2 . 6 . 3 ).

В случае, когда две поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях монохроматические волны распространяются вдоль одного и того же направления, в общем случае результатом их сложения будет эллиптически поляризованная волна (смотрите рисунок 3 . 11 . 4 ).

Рисунок 3 . 11 . 4 . Сложение двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн и образование эллиптически поляризованной волны.

В нормальной (то есть перпендикулярной) направлению распространения волны эллиптически поляризованной волне в каждой плоскости P конец результирующего вектора E → за период светового колебания обходит некоторый эллипс, носящий название эллипса поляризации.

Его размер и форма характеризуются амплитудами a x и a y линейно поляризованных волн и фазовым сдвигом Δ φ между ними.

Волна, обладающая круговой поляризацией ( a x = a y , Δ φ = ± π 2 ) представляет собой частный случай эллиптически поляризованной волны.

Данные, получаемые при просмотре рисунка 3 . 11 . 5 , дают представление о пространственной структуре эллиптически поляризованной волны.

Рисунок 3 . 11 . 5 . Электрическое поле в эллиптически поляризованной волне.

Линейно поляризованный свет производится лазерными источниками. В случае отражения или рассеяния свет может стать поляризованным. В частности, голубой свет от неба частично или полностью поляризован. Однако, свет, который испускают обычные источники, такие как, например, солнечный свет и излучение ламп накаливания, является неполяризованным. Свет, исходящий от подобных источников, в любой момент состоит из вкладов огромного числа независимо излучающих атомов, обладающими различной ориентацией светового вектора в волнах, которые они излучают. По этой причине в результирующей волне вектор E → хаотично меняет свою ориентацию во времени, из-за чего в среднем все направления колебаний получаются равноправными.

Неполяризованный свет также называют естественным светом.

В любой момент времени вектор E → может быть спроецирован на две взаимно перпендикулярные оси (смотри рисунок 3 . 11 . 6 ).

Рисунок 3 . 11 . 6 . Разложение вектора E → по осям О х и О у .

Это значит, что любую волну, вне зависимости от того, поляризованная она или же нет, можно представить в виде суперпозиции двух линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях волн: E → ( t ) = E x → ( t ) + E y → ( t ) . В поляризованной волне обе составляющие E x ( t ) и E y ( t ) когерентны, то есть разность фаз между E x ( t ) и E y ( t ) не претерпевает изменений, а в неполяризованной – некогерентны, значит разность фаз представляет собой случайную функцию времени.

Явление двойного лучепреломления света основывается на том, что в кристаллических веществах показатели преломления линейно поляризованных во взаимно нормальных направлениях волн, зачастую различны. По данной причине кристалл раздваивает лучи, которые проходят сквозь него так, как это показано на рисунке 3 . 11 . 1 . Два луча на выходе кристалла линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях.

Кристаллы, в которых происходит двойное лучепреломление, называются анизотропными.

Прибегая к разложению вектора E → на составляющие по осям, можно объяснить закон Малюса (рис. 3 . 11 . 2 ).

У значительной части кристаллов поглощение света кардинально зависимо от направления электрического вектора в световой волне. Такое явление носит название дихроизма.

В частности, данным свойством обладают использованные в знакомых нам опытах Малюса пластины турмалина. При некоторой толщине пластинка турмалина практически полностью поглощает одну из взаимно перпендикулярно поляризованных волн (как, к примеру, E x ) и частично пропускает вторую волну (то есть E y ).

Направление колебаний электрического вектора в прошедшей волне является разрешенным направлением пластины.

Пластинка турмалина может применяться как для создания поляризационного света, то есть в качестве поляризатора, так и для анализа характера поляризации света, как анализатор.

В наше время часто применяются искусственные дихроичные пленки, называющиеся поляроидами.

Поляроиды пропускают практически всю волну разрешенной поляризации и не пропускают поляризованную в нормальном направлении волну. Исходя из всего вышесказанного, можно заявить, что поляроиды – это идеальные поляризационные фильтры.

Разберем последовательное прохождение естественного света через пару идеальных поляроидов П 1 и П 2 (рисунок 3 . 11 . 7 ), чьи разрешенные направления развернуты друг относительно друга на угол φ . Первый поляроид в приведенном тандеме занимает место поляризатора. Он преобразовывает естественный свет в линейно поляризованный. Второй поляроид применяется в качестве анализатора.

Рисунок 3 . 11 . 7 . Прохождение естественного света через два идеальных поляроида. y y ' представляет собой разрешенные направления поляроидов.

Обозначение амплитуды линейно поляризованной волны после прохождения света через первый поляроид в виде E 0 = I 0 2 приводит к тому, что пропущенная вторым поляроидом волна приобретает амплитуду E = E 0 cos φ . Таким образом, интенсивность I линейно поляризованной волны на выходе второго поляроида может быть записана в виде следующего выражения:

I = E 2 = E 0 2 cos 2 φ = 1 2 I 0 cos 2 φ .

Выходит, что в электромагнитной теории света закон Малюса находит естественное объяснение, чья основа заключается в разложении вектора E → на его составляющие.

1.Начало XIX века для физики ознаменовалось развитием волновой теории света, которым занимались ученые Т. Юнг и О. Френель. В то время природа световых волн оставалась неизвестной. Изначально предполагалось, что свет является распространяющимися в некоторой гипотетической среде – эфире продольными волнами. Однако в процессе изучения явлений дифракции и интерференции вопрос о том, продольные или поперечные световые волны, стал второстепенен. На тот момент казалось невозможным, что свет – это поперечные волны, по той причине, что по аналогии с механическими волнами пришлось бы признать эфир твердым телом, ведь поперечные механические волны не обладают возможностью распространяться в газообразной или же жидкой среде.

Еще в конце XVII века было обнаружено, что кристалл исландского шпата (CaCO3)(CaCO3) обладает свойством, позволяющим ему раздваивать проходящие сквозь него лучи. Данное явление было названо двойным лучепреломлением .

2. Поляризация света - это явление выделения из пучка естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.

Поляризация прослеживается лишь на поперечных волнах.

Колебания одинаковой частоты электромагнитных излучений могут иметь поляризирование:

Линейную. Она перпендикулярно направлена распространению волны.

Круговую. В связи с тенденцией верчения вектора индукции, поляризация правая либо левая.

Эллиптическую. Возникает в промежутке с круговой и линейной поляризациями.

Линейная круговая эллиптическая

В первый раз эксперименты согласно поляризации света поставлены в 1690 г Гюйгенсом (голландский ученый). Суть эксперимента в том, что ученый пропустил через исландский шпат световое излучение. При этом происходит поперечная анизотропия луча.

Данное проявление получило название парное лучепреломление. Если кристаллик вращать сравнительно тенденции начальной полупрямой, так крутятся тот и другой луч при выходе из кристалла.

В 1809 г. французский инженер Малюс Э. открывает закон, после названный в его честь. В его экспериментах освещение поочередно пропускается посредством двух одинаковых пластин турмалина. Сияние направлялось вертикально плоскости кристалла турмалина, вырезанного параллельно зрительной оси. Если луч на своем пути встречает два препятствия в виде кристаллов турмалина, то насыщенность прошедшего луча, изменяется от альфа угла между осями по закону Малюса и выражается:

Шотландский физик Никол Уильям изобрел в 1828 году поляризатор. Это прибор для получения линейно-поляризованного света (призма Никола). Через одиннадцать лет осуществил совмещение таких призм в единый прибор, что широко применяется и сегодня.

(неполяризованный свет) - совокупность некогерентных световых волн со всеми возможными направлениями напряжённости эл.-магн. поля, быстро и беспорядочно сменяющими друг друга. При этом все направления колебаний, перпендикулярные к световым лучам, равновероятны, т. е. Е. с. обладает осевой симметрией относительно направления распространения.

2.2. Поляризация электромагнитных волн ( ПЭВ ) — одно из фундаментальных свойств оптического излучения ( света ), состоящее в искажении различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу (направлению распространения световой волны) .

Некогерентное излучение может не быть поляризованным, может быть полностью или частично поляризованным любым из указанных способов. В таком случае понятие поляризации понимается статистически.

При теоретическом рассмотрении поляризации волна полагается распространяющейся горизонтально. В этом случае можно рассматривать вертикальную и горизонтальную линейные поляризациии волны.

Электромагнитная волна может быть разложена (как теоретически, так и практически) на две поляризованные составляющие, например поляризованные вертикально и горизонтально. Возможны другие разложения, например по иной паре взаимно перпендикулярных направлений, или же на две составляющие, имеющие левую и правую круговую поляризацию. При попытке разложить линейно поляризованную волну по круговым поляризациям (или наоборот) возникнут две составляющие половинной интенсивности.

2.3. Поляриза́тор — устройство, предназначенное для получения полностью или частично поляризованного оптического излучения из излучения с произвольным состоянием поляризации .

Естественный свет –это свет в котором присутствуют все возможные направления вектора напряженности .

2.4. Поляризаци онные приборы, предназначаются для обнаружения, анализа, получения и преобразования поляризованного оптического излучения (света), а также для различных исследований и измерений, основанных на явлении поляризации света.

В основе работы поляризационных приспособлений , служащих для получения поляризационного света ,лежит явление двойного лучепреломления. Наиболее часто для этого применяются призмы и поляроиды.

Призмы делятся на два класса :

Призмы ,дающие только плоскополяризованный луч (поляризационный призмы –призма Николя ).

Призмы ,дающие два поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях луча (двоякопреломляющие призмы ).

1)Исследования в поляризованном свете имеют большое техническое значение.

2)На моделях деталях из материалов с искусственной анизотропией можно выявлять участки на которые приходится наибольшая нагрузка .

3) Поляризационные устройства позволяют управлять световыми потоками,записывать информацию , проводить оптические исследования и измерения физических параметров .

1) Поляризация –одно из волновых свойств света .

2)Различные источники света могут испускать как поляризованный ,так и не поляризованный свет.

Поляризация света — упорядоченность в ориентации вектора напряженности электрического E и магнитного H полей световой волны в плоскости, перпендикулярной распространению света. Различают линейную поляризацию света (когда E сохраняет постоянные направления), эллиптическую (при которой конец E описывает эллипс) и круговую (конец E описывает круг). Поляризованный свет широко используется во многих… Читать ещё >

Поляризация света ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Содержание

Электромагнитная природа света. Понятие поляризации света История открытия и исследований поляризации света Поляризация при отражении и преломлении Поляризованный свет в природе Применение поляризованного света

То же самое можно сказать и для поляризации при отражении. Механизм действия тот же.

Если в солнечный день посмотреть на голубое небо сквозь поляризатор, то вращая его, можно заметить, что на небе возникают темные полосы. Этот опыт свидетельствует о поляризации солнечного света при его рассеянии в атмосфере.

Примеры явлений поляризации в природе:

поляризованность света, идущего от голубого неба;

поляризованность отраженного света, бликов, например, лежащих на поверхности воды;

поляризационные эффекты, наблюдаемые при редких небесных оптических явлениях, таких, как радуга и гало;

поляризованный свет некоторых астрономических объектов (например, Крабовидная туманность в созвездии Тельца);

поляризованный по кругу металлический отблеск спинки жуков семейства скарабеев.

Применение поляризованного света Не только кристаллы турмалина способны поляризовать свет. Таким же свойством, например, обладают так называемые поляроиды. Поляроид представляет собой тонкую (0.1 мм) пленку кристаллов герапатита, нанесенную на целлулоид или стеклянную пластинку. С поляроидом можно проделать те же опыты, что и с кристаллом турмалина. Преимущество поляроидов в том, что можно создавать большие поверхности, поляризующие свет.

К недостаткам поляроидов относится фиолетовый оттенок, которым они придают белому свету.

Особенности взаимодействия поляризованного света с веществом обусловили его исключительно широкое применение в научных исследованиях кристаллохимической и магнитной структуры твёрдых тел, строения биологических объектов (например, поляризационная микроскопия), состояний элементарных излучателей и их отдельных центров, ответственных за квантовые переходы, для получения информации о чрезвычайно удалённых (в частности, астрофизических) объектах.

Поляризованный свет также применяют:

— для плавной регулировки освещенности с помощью двух поляроидов;

— для гашения бликов при фотографировании (блики гасят, поместив междуисточником света и отражающей поверхностью поляроид);

— для устранения слепящего действия фар встречных машин.

Заключение

В заключение, хотелось бы привести несколько основных выводов по данной работе.

Поляризация света возникает при отражении, преломлении света, прохождении через анизотропную среду.

Первые указания на поперечную анизотропию светового луча получены Х. Гюйгенсом в 1690.

Поляризованный свет широко используется во многих областях техники (например, для плавной регулировки света, при исследовании упругих напряжений и т. д. ). Человеческий глаз не различает поляризацию света, а глаза некоторых насекомых, например, пчел, воспринимают ее.

Список литературы

Варламов А. А. Поляризация света //Квант. — 1987. — № 1. — С. 34−36.

Митрофанов А. Поляризация света. Простейшие опыты //Квант. —

1999. — № 4. — С. 40−43.

Мурахвери В. И. Поляризованный свет в природе // Наука и жизнь. 1984. № 4. С.102−106.

Энциклопедический словарь юного физика/ Сост. В. А. Чуянов . — 3-е изд., испр. и доп. — М.: Педагогика-Пресс, 1999. — 334с.

W ehner, R., and Bernard, G. D. 1993.

P roc. N atl. A cad. S ci.

USA 90: 4132−4135.

Митрофанов А. Поляризация света. Простейшие опыты //Квант. — 1999. — №

Варламов А. А. Поляризация света //Квант. — 1987. — № 1. — С. 34−36.

Мурахвери В. И. Поляризованный свет в природе // Наука и жизнь. 1984. № 4. С.102−106.

ЯВЛЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Объект исследования: Свет. Предмет исследования: Поляризация света. Аналитическим материалом для данной работы послужили различные информационные источники, научные статьи.

Цель данной работы состоит в изучении явления поляризации и применения этого явления в производстве и в быту.

Достижение поставленной цели предполагает решение ряда задач:

2. Выделить основные области применения поляризации, которые в ближайшие несколько лет послужат основой создания устройств, необходимых человечеству.

3. Провести ряд экспериментов по исследованию явления поляризации света.

Методы исследования: аналитический, теоретический, экспериментальный.

Глава1.Свет как электромагнитная волна

1.1.Природа света

Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян. По мере изобретения и совершенствования различных оптических приборов (параболических зеркал, микроскопа, зрительной трубы) эти представления развивались. В конце XVII века возникли две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (О. Френель и Х. Гюйгенс).

Волновая теория рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам. В основу волновой теории был положен принцип Гюйгенса. Большая заслуга в развитии волновой теорий принадлежит английскому физику Т. Юнгу и французскому физику О. Френелю, исследовавшими явления интерференции и дифракции. В 60-е годы XIX века Максвеллом были установлены общие законы электромагнитного поля, которые привели его к заключению, что свет – это электромагнитные волны. Электромагнитная природа света получила признание после опытов Г. Герца (1887–1888 гг.) по исследованию электромагнитных волн.

1.2 Видимый свет

Видимый свет — электромагнитные волны, которые воспринимаются нашим глазом, и позволяет нам видеть окружающий мир. Видимый свет имеет длину волны от 380 нм до 760 нм, которые определяют его цвет.

В электромагнитной волне векторы и перпендикулярны друг другу. В естественном свете колебания напряженности электрического поля и магнитной индукции происходят по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения волны. Если свет поляризован, то колебания как , так и происходят не по всем направлениям, а в двух определенных плоскостях. Свет со всевозможными ориентациями напряженности вектора называется естественным светом.

1.3 Факты, доказывающие, поперечность электромагнитной волны

В конце XVII века было обнаружено, что кристалл исландского шпата (CaCO₃) раздваивает проходящие через него лучи. Это явление получило название двойного лучепреломления, которое долго не могли объяснить.

В 1809 г. французский инженер Этьен Малюс открыл закон, названный его именем. В опытах Малюса свет последовательно пропускался через две одинаковые пластинки из турмалина. Пластинки могли поворачиваться друг относительно друга на угол φ. Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной cos 2 φ: I ~ cos 2 φ. Но, ни двойное лучепреломление, ни закон Малюса, не могли найти объяснение в рамках теории продольных волн. В продольной волне все направления в плоскости, перпендикулярной лучу, равноправны. В поперечной же волне направление колебаний и перпендикулярное ему направление не равноправны. Таким образом, асимметрия относительно луча явилась решающим признаком, который отличает поперечную волну от продольной.

Глава 2. Поляризованный свет

Поляризованный свет – световые волны, электромагнитные колебания которых распространяются только в одном направлении. Ученые различают три вида поляризации: линейную (плоскостную), круговую и эллиптическую. В линейно поляризованном свете электрические колебания происходят только в одном направлении. Линейно поляризованный свет возникает при отражении, например, от листа стекла или поверхности воды, при прохождении света через некоторые виды кристаллов, например, кварца, турмалина.

2.1 Явление поляризации света

Поляризация света – процесс упорядочения колебаний вектора напряжённости электрического поля световой волны при прохождении света сквозь некоторые вещества (при преломлении) или при отражении светового потока.Плоскость поляризации – плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны.

Квант света, излучённый атомом, поляризован всегда. Однако излучение макроскопического источника света (электрической лампочки, Солнца, свечи) является суммой излучений огромного числа атомов. Каждый из них излучает квант примерно за 10 -8 секунды, и если все атомы будут излучать свет с различной поляризацией, то поляризация всего пучка будет меняться на протяжении таких же промежутков времени. Поэтому, в естественном свете все эффекты, связанные с поляризацией усредняются, и его называют неполяризованным. Для выделения из неполяризованного света части, обладающей желаемой поляризацией, используют поляризаторы (например, исландский шпат или турмалин, а также искусственные поляризаторы). 2.2. Получение поляризационного света

1. Отражение от диэлектриков. Степень поляризации зависит от угла падения лучей и показателя преломления.

2. Пропускание света сквозь анизотропную среду.

Типичным представителем поляризационных призм является призма Ннколь, называемая часто ни́колем. Любое устройство с цветным ЖК (жидкокристаллическим) экраном — монитор, ноутбук, телевизор, DVD-плеер — можно использовать в качестве поляризатора.

2.3 Применение поляризационного света

1) Молекулярная физика – пищевая промышленность: Поляризованный свет применяется при изучении структуры вещества и его поверхности, при изучении поляризации молекул веществ. Явление вращения плоскости поляризации составляет основу методов сахариметрии – определенная концентрация растворов.

2) Геология: Геологи, исследуя в поляризованном свете различные минералы и изделия, могут отличить природные от искусственных, поддельные от настоящих.

3) Фотография: Фотографы, выполняя репродукции с картин в застекленных рамах, могут легко уничтожить мешающие им блики от стекла, надевая на объектив поляризованный фильтр.

4) Оптика: Поляризованный бинокль помогает капитанам вести корабль по правильному курсу, уничтожая при наблюдении мешающие световые блики на морских волнах. Поляризационные микроскопы позволяют ученым, изучая тончайшие срезы минералов (шлифы), выяснить структуру вещества. Поляризационные очки используют в стереокино, дающем иллюзию объемности.

5) Техника: Поляризация света широко используется при необходимости плавной регулировки интенсивности светового пучка. Поляризация света применяется также в создании жидкокристаллических дисплеев, которые используются во многих устройствах, включая часы, экраны компьютеров, таймеры.

6) Астрономия: Спектральное разложение света может быть достоверным индикатором присутствия жидкой воды, необходимой для формирования жизни земного типа. Определение угла поляризации позволяет с высокой точностью определять состав жидкости, преломляющей свет.

Глава 3. Исследование поляризации света

3.1. Поляроидные плёнки.

Цель: получение поляризованного света с помощью поляроидов.

Оборудование: 2 поляроида (один - поляризатор, второй – анализатор), экран монитора.

Выполнение работы: Возьмём два поляроида, сложим их и посмотрим сквозь них на какой-нибудь источник естественного света. Если оси пропускания обоих поляроидов (то есть направления, в которых они поляризуют свет) совпадают, глаз увидит свет максимальной яркости; если они перпендикулярны, свет практически полностью погасится.(Приложение,фото1).

Вывод: Это происходит потому, что первый поляроид (неподвижный) пропускает свет с вертикальной поляризацией, а тот, который повернули, пропускает свет только с горизонтальной поляризацией, в результате тот свет, который смог пройти первый поляроид отсекается вторым.

Данное явление можно используют для защиты водителя от слепящего света фар встречного автомобиля и предотвращения ДТП. Если на ветровое стекло и фары автомобиля нанести плёночные поляроиды с углом пропускания 45 0 , например, вправо от вертикали, водитель будет хорошо видеть дорогу и встречные машины, освещенные собственными фарами. Но у встречных автомобилей поляроиды фар окажутся скрещенными с поляроидом ветрового стекла данного автомобиля, и свет фар встречных машин погаснет.

3.2. Поляризация отраженного света

Цель: проверка поляризации отраженного света

Оборудование: Поляроиды, стеклянная поверхность, экран, штатив, источник света.

Выполнение работы: Свет, отражаясь от диэлектрических поверхностей частично поляризуется. Угол, характеризующий полную поляризацию называют углом Брюстера. tg α = n₂ / n₁, где α – угол падения, рассчитанный от нормали, а n₂ и n₁ показатели преломления сред. Для обычного стекла в воздухе угол Брюстера примерно равен 56 ⁰.

Источник света направили на стеклянную поверхность так, чтобы при отражении от него пучок света прошел через поляроид на экран. При повороте поляроида на 90⁰, на экране свет пропадает. (Приложение, фото 2).Вывод: Свет, отражаясь от поверхности стекла оказывается поляризованным в плоскости отражения, а поляризатор пропускает только вертикально поляризованный свет, в итоге отраженный от поверхности свет не проходит. Пользуясь поляризаторами, можно устранить или ослабить свет, отраженный поверхностей.

3.3. Стопа Столетова

Цель: получение поляризованного света с помощью стопы Столетова.

Оборудование: стопа Столетова, лазер, экран. Стопа Столетова состоит из набора — порядка 10 штук — параллельных тонких и однородных стеклянных пластинок, установленных с малым воздушным зазором между соседними пластинками

Рис.9. Разделение естественного света на два пучка линейно поляризованного света с помощью пластинок из прозрачного диэлектрика.

Выполнение работы: Через стопу Столетова направили луч, получив при этом луч пройденный через стопу (на синем экране) и отразившийся на 90 ⁰ (на белом экране). И проверили каждый из лучей через поляроид. Оба луча стали поляризованными и при повороте поляроида на 90 ⁰, луч гасился. (Приложение, фото 3).

Вывод: Опыт показывает, что стопа стеклянных пластин, установленных под углом Брюстера, является эффективным поляризатором естественного света.

3.4. Линейка и скотч

Цель: показать механические напряжения в прозрачных телах.

Оборудование: Линейка, поляроид, скотч, белый экран.

Выполнение работы: Есть такие материалы, которые поворачивают плоскость поляризации проходящего через них света. В быту это обычный канцелярский скотч. Склеивая ленту скотча саму на себя липким слоем, зажимаем между двумя поляроидами и смотрим в проходящем свете.Объектом исследования также может служить любая прозрачная пластмассовая деталь со стенками или линейка. Если взять коробку от аудиокассеты, поместить ее на темном фоне и осветить лампой примерно под углом Брюстера — через поляроид можно наблюдать красивые цветные узоры. Эти узоры обычно сгущаются вблизи углов и кромок, швов и отверстий – в местах максимального механического напряжения. Поместив прозрачное тело (скотч и линейку) на белый экран, посмотрели на него через поляроид. Появились цветные узоры – механические напряжения. При вращении поляроидов радужная картина изменилась. (Приложение, фото 4).

Данный метод используют для изучения распределения механических напряжений в деталях машин и механизмов, строительных конструкциях. Из прозрачной пластмассы делают модель детали (балки, опоры, рычага) и прикладывают к ней нагрузку, моделирующую реальную. Разноцветные полосы, возникающие в поляризованном свете, указывают на слабые места детали – в них концентрируются большие механические напряжения. Меняя форму детали, добиваются наибольшей её прочности.

3.5.Поляризация рассеянного света

Цель: получить из рассеянного света – поляризованный.

Оборудование: Крашеная красной тушью вода, стакан, поляроид, лазер.

Выполнение работы: Наполнили банку водой, затем добавили в нее несколько капель туши и размешали. Осветили сосуд источником света. Если смотреть перпендикулярно направлению распространения света, то виден след луча в колбе. Это рассеянный частичками свет. Наблюдая его через поляризатор, можно обнаружить, что он плоскополяризован, поскольку при вращении поляризатора след пучка света в колбе гаснет два раза за один оборот поляризатора. (Приложение, фото 5).

Вывод: Рассеянный частичками, взвешенными в жидкости, свет поляризован. Вынужденное рассеяние света и его поляризация нашло широкое практическое применение в комбинационных лазерах для эффективного преобразования частоты лазерного излучения; в лазерной спектроскопии, позволяющей проводить количественный и качественный газовый анализ.

3.6. Поворот плоскости поляризации света

Цель: показать, что угол преломления поляризованного света меняется при переходе из воздуха в раствор сахара.

Оборудование: Источник света, раствор сахара, колба, белый экран, 2 поляроида (один - поляризатор, второй – анализатор).

Выполнение работы: Взяли 2 поляроида и поставили между нами колбу с раствором сахара и пропустили свет, поляризованный свет показан на белом экране. Затем повернули на 90 ⁰ один поляроид, и также разместили между поляроидами раствор сахара, и на экране все равно оставался виден небольшой свет. (Приложение, фото 6).

Вывод: Опыты подтвердили, что угол преломления поляризованного света меняется при переходе из воздуха в раствор сахара. Явление вращения плоскости поляризации широко используется для исследования особенностей строения вещества и определения, концентрации оптически активных веществ в растворах. Также явление вращения плоскости поляризации является ценным методом исследования структуры и свойств полимеров - белков, нуклеиновых кислот.

Заключение.

При выполнении нашей работы было изучено, что такое поляризация света, история открытия данного явления, и где данное явление применяется.

Проведены опыты по поляризации, видеозаписи опытов можно применять на уроках физики.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что на практике довольно часто сталкиваемся не с естественным, а с частично поляризованным светом. Также в мире все больше появляется вещей, необходимых не только для комфорта человека, но и для различных научных исследований, основанных на использовании явления поляризации света.

Поляризация света необходима для изучения оптических свойств различных веществ. Это может понадобиться и в быту — например, с помощью поляризации света можно отличить натуральный мед от поддельного. Это явление используется также в стереофотографии и стереокино. Поляризационные очки применяются водителями автотранспорта и полярными исследователями.

Читайте также: