Ф-о- лр 63 изучение явления поляризации - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Лабораторная работа №47 Изучение явления поляризации света 1 71.72kb.
Исследовательская работа: «Изучение сезонных атмосферных явлений... 1 191.42kb.
Направление: 010900 Прикладные математика и физика 1 12.77kb.
Историко-педагогический аспект явления академической мобильности 1 111.05kb.
Изучение интерференции света 1 115.41kb.
4. 1 Изучение интерференции света 1 89.58kb.
Методические указания к лабораторной работе по курсу «Теория волновых... 1 121.08kb.
Численный анализ процесса миграции поляризации по неупорядоченной... 1 31.32kb.
Глобализация 1 271.67kb.
Исследование характера поляризации лазерного излучения и экспериментальная... 1 66.11kb.
Изучение свойств ферромагнетиков 1 103.29kb.
Англо-русский стекольный словарь 6 580.53kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Ф-о- лр 63 изучение явления поляризации - страница №1/1

Ф-О- Лр 63 ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИИ



Цель работы: Изучение явления вращения плоскости поляризации света оптически активными веществами. Ознакомление со строением поляриметра. Экспериментальное исследование вращения плоскости поляризации света водным раствором сахара. Измерение концентрации сахара в растворе и постоянной вращение сахара.

Приборы и принадлежности: сахариметр универсальный СУ-3, набор поляриметрических кювет с растворами сахара различной концентрации.

Для выполнения данной лабораторной работы необходимо усвоить темы Ф-КВ-27, Ф-О-28, Ф-О-29 и Ф-О-32

При выполнении лабораторной работы необходимо знать основные понятия

13.4.Напряженность электрического поля,, 16.2. Магнитная индукция, 16.3. Вектор напряженности магнитного поля, 27.1. Электромагнитные волны, 27.3. Поперечные электромагнитные волны 27.4. Монохроматические электромагнитные волны 28.7. Абсолютный показатель преломления среды, 28.8. Относительный показатель преломления, 28.9. Закон преломления, 28.10. Полное внутреннее отражение, 28.12. Коэффициент отражения, 29.9. Интерференция света, 32.4. Поляризованный свет,32.5. Плоскость поляризации, З2.6. Закон Малюса, 32.7. Закон Брюстера, 32.8. Эффект Керра



Общие сведения




Рис. 1.
В электромагнитной волне векторы напряженности электрического поля и индукции магнитного поля перпендикулярны друг к другу и к направлению распространения (см. рис. 1). В естественном свете векторы и колеблются во всех направлениях, перпендикулярных к направлению распространения волны. Если векторы и колеблются не во всех направлениях, а лишь в определенных плоскостях (как на рис. 1), то такая электромагнитная волна называется плоскополяризованной. Плоскость, проходящая через направление распространения волны (луч) и направление колебаний электрического вектора в плоскополяризованной волне, называется плоскостью поляризации.
Существуют кристаллы (например, исландский шпат), в которых наблюдается явление двойного лучепреломления (см. рис.2.), падающий на поверхность кристалла луч естественного света раздваивается в нем на два плоскополяризованных луча. Луч, для которого показатель преломления не зависит от направления, называется обыкновенным, луч, для которого показатель преломления зависит от направления – необыкновенным. Направление, вдоль которое показатель преломления света не зависит от ориентации его плоскости поляризации, называется оптической осью кристалла.




Рис.2.
Устройство, превращающее естественный свет в линейно поляризованный, называется поляризатором. Плоскость поляризации света, выходящего из поляризатора, называется плоскостью поляризатора. Одним из таких устройств является призма Николя или просто николь.

Призма Николя – это призма из исландского шпата, вырезанная так, как показано на рис. 3, где AA – оптическая ось кристалла. Вдоль плоскости BC призму разрезают и склеивают канадским бальзамом (смолой канадской сосны). Показатель преломления канадского бальзама n = 1,55 лежит между значениями показателей преломления обыкновенного no = 1,658 и необыкновенного ne min = 1,486 лучей в исландском шпате. Обыкновенный луч испытает полное внутреннее отражение на прослойке канадского бальзама. Необыкновенный луч проходит сквозь прослойку канадского бальзама и выходит из призмы параллельно к падающему лучу.






Рис. 3.

Интенсивность света I – это световая энергия, проходящая за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к лучу. Единица измерения интенсивности – Вт/м2. Если на поляризатор падает линейно поляризованный свет интенсивностью I0, то интенсивность I света, который проходит через поляризатор, выражается законом Малюса:

I = I0cos2, (1)

где – угол между плоскостью поляризации падающего на поляризатор света и плоскостью поляризатора.

Таким образом, поляризатор может использоваться не только для преобразования естественного света в линейно поляризованный, но и для определения плоскости поляризации линейно поляризованного света. Используемый для такой цели поляризатор называется анализатором. Поляризатор и анализатор называются скрещенными, если угол между плоскостями поляризатора и анализатора равняется 90. Согласно закону Малюса, скрещенные поляризатор и анализатор совсем не пропускают света.

Некоторые вещества, в частности кристаллический кварц и водный раствор сахара, имеют свойство поворачивать плоскость поляризации линейно поляризованного света, проходящего через эти вещества. Такие вещества называются оптически активными.

Угол поворота плоскости поляризации в растворе

 = cCl, (2)

где с – постоянная вращения растворенного вещества, С – концентрация растворенного вещества (ее масса в единице объема раствора), l – путь луча в растворе. Постоянная вращения с зависит от длины световой волны, от природы растворенного вещества и от температуры раствора. Так постоянная вращения для желтой линии натрия ( = 0,589 мкм) в растворе сахара с = 66,5 (дмгсм3). Угол поворота плоскости поляризации измеряется в градусах, длина трубки с раствором в дециметрах, а массовая концентрация сахара в растворе в граммах на сантиметр кубический.

Приборы, предназначенные для измерения угла поворота плоскости поляризации света называются поляриметрами. Поляриметры, специально сконструированные для определения концентрации сахара в растворе называются еще сахариметрами. Сахариметры градуируются в градусах международной сахарометрической шкалы. Одному градусу сахарометрической шкалы 1 S (от английского sugar – сахар) отвечает массовая концентрация сахара в воде 2,6 мгсм3.

Оптическая схема поляриметра-сахариметра представленная на рис. 4. Трубку Т с раствором сахара размещают между скрещенными поляризатором P и анализатором A. Вследствие вращения плоскости поляризации раствором сахара свет от источника S снова будет проходить через оптическую систему.

Для восстановления затемнения между поляризатором и анализатором кроме трубки с раствором сахара размещается еще и кварцевый компенсатор, вращающий плоскость поляризации света на тот же угол, что и раствор сахара, но в противоположном направлении, т.е. против часовой стрелки. Кварцевый компенсатор представляет собой два клина, изготовленных из левовращающего кварца. Сдвигая и раздвигая эти клинья, можно изменять угол, на который кварцевый компенсатор K поворачивает плоскость поляризации света. Пластинка Q правовращающего кварца компенсирует поворот плоскости поляризации кварцевым компенсатором K, когда трубка Т с раствором сахара отсутствует.






Рис. 4.
Полутеневые поляриметры, которые устанавливаются не на полное затемнение поля зрения, а на одинаковую освещенность двух его половин. На рис. 5 показана бикварцевая пластинка В, состоящая из двух склеенных по диаметру полудисков. Левый полудиск, изготовленный из левовращающего кварца, поворачивает плоскость поляризации РР света, приходящего от поляризатора Р, на угол  в положение ВЛВЛ. Правый полудиск, изготовленный из правовращающего кварца, поворачивает плоскость поляризации РР света, приходящего от поляризатора Р, на угол + в положение ВПВП. Поэтому когда компенсатор K компенсирует поворот плоскости поляризации раствором, поле зрения не будет полностью затемненным, но его правая и левая половины будут одинаково слабо освещены.




Рис. 5
Поляриметр проградуирован по международной сахарометрической шкале. Единица этой шкалы 1 S соответствует повороту плоскости поляризации на угол 0,3462 . Когда в трубке поляриметра содержится столбик раствора сахара длиной 2 дм при концентрации 0,26 гсм3 и при температуре 20 С, на шкале поляриметра имеем 100 S. Выше шкалы S размещена шкала нониуса. Примеры считывания показаний поляриметра с использованием нониуса приведены на рис. 6.




Рис. 5. 
Вследствие дисперсии левая и правая половины поля зрения окрашены несколько по-разному. Чтобы выровнять окраску, используют светофильтр F. Если раствор сахара не достаточно прозрачен, фильтр F исключают.
Порядок выполнения работы

  1. Включите блок питания лампы поляриметра.

  2. Вращением оправы лупы шкалы прибора (верхний окуляр) добейтесь, чтобы изображение шкалы было четким.

  3. Для определения выньте трубку с раствором из камеры поляриметра и закройте камеру.

  4. Вращением оправы окуляра зрительной трубы (нижний окуляр) и размещенной снизу рукоятки, которые смещает клинья компенсатора K, добейтесь, чтобы было четко видно вертикальную линию, которая разделяет поле зрения на две половины.

  5. Обращением рукоятки, которая смещает клинья компенсатора K, добейтесь однородного затемнения левой и правой половин поля зрения зрительной трубы.

  6. Пользуясь шкалой и нониусом, снимите отсчет 0i в S.

  7. В камеру поляриметра, поближе к источнику света, поместите трубку длиной li с раствором сахара известной концентрации Сi и закройте камеру.

  8. Повторите операции по пунктам 4 и 5.

  9. Пользуясь шкалой и нониусом, снимите отсчет 'i в S.

  10. Найдите концентрацию раствора сахара по международной сахарометрической шкале:

i = '10i. (3)

  1. Найдите угол i (в градусах), на который раствор в трубке поворачивает плоскость поляризации света с длиной волны  = 0,589 мкм:

i = βi, (4)

где  = 0,3462 S.



  1. Найдите постоянную вращения с водного раствора сахара:

сi = /(Cl), (5)

где l – путь луча в растворе (длина трубок).



  1. Повторите операции по пунктами 3 ... 12 для трубок с концентрацией раствора С2 и С3, занося результаты измерений и вычислений в табл. 1.

  2. Найдите и занесите в табл. 2 среднее значение постоянной вращения

. (6)

  1. Найдите и занесите в табл. 1 отклонение результатов отдельных измерений от среднего

. (7)

  1. Найдите среднеквадратичную (стандартную) погрешность результата серии измерений постоянной вращения и занесите полученное значение в табл. 2.

. (8)

Таблица 1

i

Сi,

гсм3



li,

дм


0i,

S


'i,

S


i,

S


i,



ci,

/(дмгсм3)



Δci,

/(дмгсм3)



1

























2

























3


























Вариант 1.

i

Сi,

гсм3



li,

дм


0i,

S


'i,

S


1













2













3













4















  1. Повторите операции по пунктам 3 ... 11 для раствора сахара неизвестной концентрации Сх.

  2. Найдите концентрацию Сх раствора сахара:

. (9)

  1. Найдите стандартную погрешность полученного значения концентрации раствора

. (10)

  1. Найдите относительную погрешность полученного значения концентрации раствора

. (11)

  1. Результаты измерений и вычислений занесите в табл. 2.

Таблица 2

l,

дм


Δl,

дм


,

/(дмгсм3)



s,

/(дмгсм3)



0,

S


1,

S


,

S


Δ,

S


,



С,

гсм3



ΔС,

гсм3



εС,

%





0,01
















0,05
















  1. Сделайте выводы относительно соответствия измеренного значения постоянной вращения водного раствора сахара табличному значению.
Контрольные вопросы

  1. Какой свет называется естественным, и какой линейно поляризованным? Что такое плоскость поляризации линейно поляризованного света?

  2. Какой луч называется обыкновенным, и какой необыкновенным?

  3. Опишите строение и объясните принцип действия призмы Николя.

  4. Сформулируйте закон Малюса.

  5. Проанализируйте формулу, по которой вычисляется угол поворота плоскости поляризации в растворе. Что такое вращательная способность раствора, в каких единицах она измеряется и от чего зависит?

  6. Опишите строение и объясните принцип действия поляриметра-сахариметра.





Твердо стойте на своем нежелании вникать в формулы алгебры. В реальной жизни, уверяю вас, никакой алгебры нет. Фран Лебовиц
ещё >>