В данной статье описывается метод экспериментальной проверки Закона Малюса. Линейно поляризованный свет проходит через поляризационный фильтр. Определяется интенсивность света как функция от углового положения поляризационного фильтра. Статья предназначена для студентов-физиков, учителей и учеников средних школ.
Ключевые слова: электрооптика, поляризация, поляризатор, анализатор, закон Брюстера, закон Малюса.
This article describes the method of experimental verification of Malus's Law. Linearly polarized light passes through a polarizing filter. The light intensity is determined as a function of the angular position of the polarizing filter.The article is intended for physics students, teachers and secondary school students.
Keywords : electro-optics, polarization, polarizer, analyzer, Brewster's law, Malus's law.
В данной статье мы будем решать следующие задачи:
1. Определить плоскость поляризации линейно поляризованного лазерного луча;
2. Определить интенсивность света, пропущенного через поляризационный фильтр, как функцию от углового положения фильтра;
3. Подтвердить закон Малюса.
Таблица 1
Оборудование
|
1 |
Лазер, He-Ne 1.0 мВт, 220 В перем. Ток |
08181.93 |
1 |
|
2 |
Оптическая скамья / = 60 см |
08283.00 |
1 |
|
3 |
Подставка для опт. скам., регулируемая |
08284.00 |
2 |
|
4 |
Ползунок с креплением для опт. скам. h = 30 мм |
08286.01 |
3 |
|
5 |
Поляризационный фильтр на подставке |
08610.00 |
1 |
|
6 |
Фотоэлемент |
08734.00 |
1 |
|
7 |
Цифровой мультиметр |
07122.00 |
1 |
Подготовка и измерения
Экспериментальная установка показана на Рис. 1. Необходимо удостовериться в том, что фотоэлемент полностью освещается при установке поляризационного фильтра.
Если эксперимент проводится в незатемненной комнате, мешающий фоновый ток I 0 должен быть определен при выключенном лазере, и его значения необходимо принимать при расчетах.
Лазер необходимо предварительно прогреть в течение примерно 30 мин. во избежание флуктуаций интенсивности. Поляризационный фильтр вращается с шагом 5° в диапазоне положения фильтра ±90° и определяется соответствующий ток фотоэлемента (наиболее чувствительный диапазон постоянного тока цифрового мультиметра).
Теория и вычисления
Пусть АА’ — плоскость поляризации анализатора на Рис. 2. Если линейно поляризованный свет, плоскость вибраций которого образует угол φ с плоскостью поляризации фильтра, падает на анализатор, то только часть света
будет пропущена.
Т. к. интенсивность I световой волны пропорциональна квадрату вектора Е напряженности электрического поля, то получаем следующую взаимосвязь (закон Малюса):
Рис. 1. Экспериментальная установка: Фотометрический закон расстояния
Рис. 2. Геометрическое расположение для определения
На Рис. 3 показан ток фотоэлемента после поправки на фон (это критерий для интенсивности пропущенного света), как функция от углового положения плоскости поляризации анализатора. Пик интенсивности в φ = 50° показывает, что плоскость поляризаций излучаемого лазерного луча уже была повернута на этот угол относительно вертикали.
Рис. 3. Скорректированный ток фотоэлемента как функция от углового положения φ плоскости поляризации анализатора
На Рис. 4 показан нормализованный и скорректированный ток фотоэлемента, как функция от углового положения анализатора. Закон Малюса подтверждается по углу наклона в 45° начальной прямой. (Примечание: для определения линии прямой Малюса угловые настройки в 50° анализатора должны приниматься во внимание для φ = 0°).
Рис. 4. Нормализованный ток фотоэлемента, как функции от интенсивности пропущенного света.
Литература:
- Чарыев А. Основные законы физики. Учебное пособие для учителей средних и старших классов. — Ашхабад. Туркменская государственная издательская служба, 2004.
- www.phywe.com.
- info@phywe.com.
