Обертання площини поляризації цукровим розчином

Схема досліду

Сахариметр за допомогою кількох поляризаційних фільтрів (поляризаторів) може визначити вміст цукру у водному розчині. Поляризатори фільтрують електромагнітні хвилі, які мають певну поляризацію. За допомогою поляризаторів можна створювати лінійно поляризоване світло, відфільтровувати завадні джерела світла, що виникають, наприклад, під час фотографування через небажані відблиски, або ж визначати поляризацію досліджуваного світлового променя.

Принцип

Дія поляризаційного фільтра ґрунтується на поглинанні однієї складової світла, тоді як інша складова пропускається майже повністю. Поглинання залежить від напрямку поляризації відносно оптичної осі, тобто, повертаючи фільтр, можна визначити поляризацію. Цукровий розчин, який ставлять у хід променів, є оптично активною речовиною і може змінювати поляризацію світла.

Навчальна мета

Учні мають спостерігати зміну поляризації світла оптично активною речовиною (цукровим розчином) і зрозуміти, як працює поляризатор/аналізатор.

Завдання

Учні мають скласти модель сахариметра й дослідити нею, як поводиться поляризоване світло, коли його пропускають крізь цукровий розчин.

• Цей дослід ставить високі вимоги до учнів. Модель сахариметра треба не лише ретельно скласти - вимірювання теж потребують акуратності, а ускладнює їх потрібна цілковита темрява в кабінеті фізики.

• Під час досліду варто розподілити роботу. Наприклад, клас можна поділити на дві групи, які виконують вимірювання за одинарної та за подвійної товщини шару. Потім групи обмінюються результатами й записують їх.

Вказівки щодо складання та виконання

Щоб заощадити час, учителеві варто завчасно приготувати концентрований цукровий розчин і на початку досліду налити учням потрібну кількість у стакани. Менш концентрований цукровий розчин також можна приготувати заздалегідь або виготовити на очах в учнів.

• Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Поляризаційний фільтр

Сахариметр за допомогою кількох поляризаційних фільтрів може визначити вміст цукру у водному розчині. Вирішальну роль при цьому відіграють поляризаційні фільтри (поляризатори).

Як працює сахариметр?

Склади модель сахариметра й дослідь нею, як поводиться поляризоване світло, коли його пропускають крізь цукровий розчин.

• Постав основу зі стрижнем під освітлювач.

• Поклади оптичну лаву на дослідний стіл.

• Постав освітлювач зі штативною основою на кінець оптичної лави.

• Насунь світлонепроникну діафрагму перед лінзу освітлювача.

Оптична лава з освітлювачем, лінзою, діафрагмою та екраном

• Постав екран на правому кінці оптичної лави, а лінзу з - приблизно за 5 см від освітлювача.

Поляризаційний фільтр у тримачі діафрагм на оправі лінзи

• Насунь діафрагму з отвором і один поляризаційний фільтр у тримач діафрагм і надінь його на оправу лінзи.

• Цей поляризаційний фільтр, на який світло падає першим, називається поляризатор.

• Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В~) і увімкни його.

• Постав лінзу з на оптичну лаву приблизно за 13 см від першої лінзи. За потреби трохи посунь її; на екрані тепер видно зображення отвору діафрагми.

• Насунь другий поляризаційний фільтр на другий тримач діафрагм і надінь його на оправу зі шкалою так, щоб позначка на тримачі діафрагм стояла точно на нулі шкали. Цей поляризаційний фільтр має слугувати аналізатором.

• Постав оправу зі шкалою на оптичну лаву на відстані приблизно 10 см від другої лінзи.

• Повертай поляризатор, доки екран не стане темним, тобто доки фільтри не будуть повернуті на 90° один відносно одного.

• Тепер постав столик зі стрижнем на другий рейтер і постав на столик кювету так, щоб її перегородка стояла перпендикулярно до оптичної осі, і зміни висоту столика так, щоб увесь пучок світла проходив крізь кювету.

• Налий в одну половину кювети стільки цукрового розчину, щоб пучок світла проходив крізь неї повністю. Стеж за екраном (який перед тим був темний).

• Повільно поверни аналізатор праворуч і знову назад на 0°.
• Поверни тримач діафрагм на 90°, доки він не досягне початкового положення.
• Запиши свої спостереження.

• Насунь червоний фільтр у гніздо для діафрагм освітлювача й повертай аналізатор праворуч, доки екран знову не стане темним.
• Зчитай потрібний для цього кут і запиши його в таблицю у протоколі.
• Заміни червоний фільтр по черзі зеленим і синім; визнач кути повороту, потрібні для гасіння, і так само внеси їх у таблицю 1.
• Вказівка: Світло, яке пропускають фільтри, не зовсім одноколірне. Тому цілковитої темряви на екрані ти не досягнеш. Тож установи аналізатор так, щоб гасіння було якнайбільшим.

Схема досліду

• Наповни цукровим розчином і другу половину кювети.
• За тепер уже подвійної товщини шару просвічуваного цукрового розчину визнач потрібний для гасіння кут повороту для 3 кольорів і внеси свої результати в таблицю 1.
• Наостанок вибери один фільтр, наприклад зелений, і заміни насичений цукровий розчин менш концентрованим. Порівняй кут повороту з тим, який ти визначив за інших однакових умов досліду для насиченого цукрового розчину. Запиши свої спостереження.
• Вимкни блок живлення.