Поляризація за допомогою фільтрів

Схема досліду

Під час розгляду інтерференції вже стало зрозуміло, що існують оптичні явища, які можна пояснити лише тим, що світло має хвильові властивості. Тепер треба дослідити, чи є світло поздовжніми, чи поперечними хвилями.

Попередні знання

Учням буде корисно, якщо вони вже обізнані з явищем дифракції світла.

Принцип

Явища дифракції світла можна пояснити принципом Гюйгенса, і вони підкреслюють хвильові властивості світла. При цьому слід зважати, що існують як поздовжні, так і поперечні хвилі, і в цьому досліді з'ясовується, що світло - це поперечні хвилі.

Навчальна мета

У цьому досліді учні мають за допомогою поляризаційних фільтрів звернути увагу на те, що світло є поперечною хвилею.

Завдання

Учні мають пропустити пучок світла крізь два поляризаційні фільтри й дослідити, що відбувається, коли їх повертають один відносно одного.

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

Струни гітари коливаються поперечно

Коли в побуті говорять про хвилі, думка часто йде до хвиль на воді. Але й струна інструмента, що коливається, або звук, який виникає з інструмента, - це (звукова) хвиля. З погляду фізики ці хвилі можна поділити на дві категорії: поздовжні хвилі, які коливаються вздовж напрямку поширення, і поперечні хвилі, коливання яких відбуваються перпендикулярно до напрямку поширення.

Отже, постає питання: до якої категорії належать світлові хвилі?

• Склади оптичну лаву з двох штативних стрижнів і змінної основи штатива та приклади масштабну лінійку (рис. 1 і рис. 2).

Рисунок 1

• Склади освітлювач за рисунками 3 і 4.
• Затисни освітлювач у лівій частині штативної основи так, щоб він був повернений стороною з лінзою від оптичної лави (рис. 5).
• Всунь світлонепроникну діафрагму перед лінзу освітлювача (рис. 6).

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

• Постав екран із ковзною опорою на правому кінці оптичної лави (рис. 7), а також лінзу приблизно на позначці 6 см.
• Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В~) і увімкни блок живлення (рис. 8).

Рисунок 7

• Засунь поляризаційні фільтри в обидва тримачі діафрагм і надінь тримачі діафрагм на оправи зі шкалами так, щоб їхні позначки лежали над нулями шкал (рис. 9).

• Постав одну з оправ із поляризаційним фільтром приблизно на позначці 20 см на оптичну лаву (рис. 10) і порівняй яскравість світлової плями на екрані до і після встановлення фільтра та запиши спостереження.
• Поверни фільтр до 90° і назад до 0° та спостерігай при цьому за світловою плямою.
• Так само запиши спостереження.

Рисунок 11

• Постав другу оправу з поляризаційним фільтром (його називають аналізатором, тоді як поляризаційний фільтр, крізь який пучок світла проходить першим, називають поляризатором) приблизно на позначці 30 см на оптичну лаву і простеж, щоб світлова пляма на екрані лишалася видимою; якщо цього не стається, вставте поляризатор або аналізатор у його тримач, повернувши на 90°. Тепер установка зібрана повністю (рис. 11).
• Повільно повертай тримач діафрагм з аналізатором, доки кут повороту, який зчитується за шкалою, не досягне 90°, і спостерігай при цьому за яскравістю світлової плями та запиши спостереження.

Рисунок 11

• Повертай аналізатор далі за 90°, доки він не досягне початкового положення, і запиши спостереження.
• Насамкінець поверни один раз також поляризатор, а не аналізатор. Запиши висновок.
• Вимкни блок живлення.

Рисунок 12