Інформація для вчителів
Застосування
Хроматична поляризація
Хроматичною поляризацією називають кольорові явища, які виникають, коли в поляризаційний прилад вносять тонкі пластинки або плівки двопроменезаломлювальних речовин. Уперше ці явища спостерігав 1811 року французький фізик Араго.
Можливі застосування - освітлення в театрі та на дискотеках, а також створення вражаючих кольорових ефектів у кіно й на телебаченні.
Інша інформація для вчителів (1/5)
Попередні знання
Учні мають попередньо засвоїти основи хвильових властивостей світла. Вони також мають знати поняття інтерференції та поляризації і розуміти, як працює поляризатор.
Принцип
Прозора плівка розщеплює світло на дві складові, поляризовані перпендикулярно одна до одної. Через це залежно від положення аналізатора певні кольори гасяться, і за певного положення аналізатора на екрані з'являється змішаний колір, додатковий до погашеного. Які саме кольори виникають, залежить від товщини шару прозорої плівки, а їхня інтенсивність - від кута між напрямком розтягу плівки та напрямком поляризації аналізатора.
Інша інформація для вчителів (2/5)
Навчальна мета
Завдання
Учні мають виявити зв'язки між кольором та інтенсивністю кольорових явищ і кутом повороту поляризаційних фільтрів один відносно одного. Крім того, мета - усвідомити, що обидві складові, на які розщеплюється природне світло, що падає на плівку, поляризовані перпендикулярно одна до одної й мають симетрично розташовані, додаткові кольори.
Завдання цього досліду полягає в тому, щоб внести прозору плівку в простір між двома схрещеними поляризаційними фільтрами й дослідити явища, які виникають під час повертання плівки або одного з фільтрів.
Інша інформація для вчителів (3/5)
Вказівки щодо складання та виконання
Учителеві варто перед дослідом підготувати придатні полімерні плівки; не кожна плівка є оптично анізотропною.
Радимо доручити учням виготовити препарати зі смужок полімерної плівки заздалегідь, щоб дослід ішов швидко. Один раз ретельно виготовлений набір препаратів може надовго доповнити збірку приладів.
Інша інформація для вчителів (4/5)
Додаткова інформація
Більшість поширених полімерних плівок під час виготовлення дістає внаслідок розтягування або вальцювання сталі внутрішні напруження, які й спричиняють їхню оптичну анізотропію. Швидкість світла в таких плівках через це залежить від напрямку, тобто промінь світла, що падає на їхню межу поділу, розщеплюється на дві складові - звичайний і незвичайний промені.
Якщо внести ці плівки між два поляризаційні фільтри, то в полі зору за аналізатором виникають кольорові явища, причому кольори та їхня інтенсивність залежать від кута повороту поляризаційних фільтрів один відносно одного, від положення напрямку розтягу плівок та від товщини їхнього шару.
Інша інформація для вчителів (5/5)
Зауваження
Перед тим як нарізати смужки з прозорої плівки, тобто й перед виготовленням препарату зі смужок плівки, треба визначити напрямок розтягу вибраної плівки. Загалом це, утім, не потрібно, бо прямокутні плівки постачають так, що одна з їхніх сторін іде паралельно до напрямку розтягу.
Анізотропія смужок плівки спричиняє розщеплення світла, що падає від поляризатора, на дві складові, які поляризовані перпендикулярно одна до одної і за δ = 45° мають однакову інтенсивність. Оскільки ці складові проходять крізь плівку з різною швидкістю, між ними виникає різниця ходу Δ.
Коли складові інтерферують, тоді - за умови однакової інтенсивності, тобто δ = 45° - гаситься той колір, для якого Δ = (2k + 1) · λ/2; плівка має вигляд додаткового змішаного кольору.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Кожен, мабуть, уже бачив барвисті кольорові явища на дискотеках, у театрах чи кінотеатрах. Часто це явище ґрунтується на хроматичній поляризації. Якщо внести двопроменезаломлювальну речовину, наприклад прозору плівку, у поляризаційний прилад, то між поляризатором і аналізатором можна побачити барвисті кольорові явища.
Дискотека
Завдання
Як за допомогою прозорої плівки створити цікаві кольорові ефекти?
Внесіть прозору плівку в простір між двома схрещеними поляризаційними фільтрами й дослідіть явища, які виникають під час повертання плівки або одного з фільтрів.
Схема досліду
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Освітлювач галогенний, 12 В / 20 Вт | 09801-00 | 1 | 2 | Основа зі стрижнем для освітлювача для оптичної лави | 09802-20 | 1 | 3 | Оптична лава для учнівських дослідів, l = 600 мм | 08376-00 | 1 | 4 | Лінза на ковзній опорі, f = +50 мм | 09820-01 | 1 | 5 | Лінза на ковзній опорі, f = +100 мм | 09820-02 | 1 | 6 | Оправа зі шкалою на ковзній опорі | 09823-00 | 2 | 7 | Екран, білий, 150x150 мм | 09826-00 | 1 | 8 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 1 | 9 | Тримач пластин для 3 об'єктів | 09830-00 | 1 | 10 | Поляризаційний фільтр, 50 мм x 50 мм | 08613-00 | 2 | 11 | Тримач діафрагм, накидний | 11604-09 | 2 | 12 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
|---|
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Клейка стрічка | |
| 2 | Ножиці | 1 |
| 3 | Прозорі плівки різних видів |
Складання (1/4)
Складіть оптичну лаву з двох штативних стрижнів і змінної штативної основи та прикладіть масштабну лінійку.
Складання (2/4)
- Складіть освітлювач за рисунками вгорі праворуч.
- Закріпіть освітлювач у лівій частині штативної основи так, щоб він був повернутий боком із лінзою від оптичної лави .
- Насуньте світлонепроникну діафрагму перед лінзою освітлювача.
Складання (3/4)
- Закріпіть екран у правій частині штативної основи та поставте лінзу з = +50 мм на оптичну лаву безпосередньо біля освітлювача.
Поставте тримач пластин з поляризаційним фільтром (поляризатором) на рейтер приблизно на позначці 8 см.
Складання (4/4)
- Вставте другий поляризаційний фільтр (аналізатор) у тримач діафрагм, надіньте його на оправу так, щоб позначка була над нулем шкали.
- Розмістіть оправу приблизно на позначці 17 см, а лінзу з = +100 мм - приблизно на позначці 28 см.
Виконання (1/3)
- Під'єднайте освітлювач до блока живлення (12 В~) і увімкніть блок живлення.
Якщо поляризаційні фільтри не схрещені, вставте поляризатор у тримач пластин, повернувши його на 90°.
Внесіть прямокутну смужку прозорої плівки в хід променів приблизно на позначці 12 см і повертайте її навколо оптичної осі; наостанок тримайте смужку так, щоб вона утворювала кут приблизно 45° з напрямками поляризації фільтрів; розтягніть смужку також один раз - якщо плівка достатньо м'яка.Потримайте між поляризатором і аналізатором зім'яту пакувальну плівку замість смужки та повертайте аналізатор ліворуч і праворуч. Спостерігайте під час цих дій за екраном і запишіть спостереження.
Виконання (2/3)
Схема препарату з прозорих плівок
- Для точнішого дослідження спостережуваних явищ вставте препарат зі смужок прозорої плівки у другий тримач діафрагм, надіньте його на оправу зі шкалою, поверніть позначку тримача діафрагм на 45° і розмістіть тримач діафрагм приблизно на позначці 11 см.
- Пересуваючи препарат або лінзу з = +100 мм, дістаньте різке зображення смужок на екрані. Опишіть зображення препарату.
- Вказівка:
Рисунок ліворуч показує приклад того, як можна нарізати й накласти одна на одну частини придатної плівки. Далі їхні краї заклеюють смужками клейкої стрічки й у такий спосіб убезпечують від зсування.
Виконання (3/3)
Схема положення поляризатора
Поверніть препарат на 45° ліворуч і праворуч, спостерігайте при цьому за екраном і запишіть спостереження. Запишіть колір, розташування та інтенсивність.
Приведіть препарат у вихідне положення δ = 45°, як показано на рисунку, і повертайте аналізатор ліворуч () і праворуч (); спостерігайте при цьому за екраном; зверніть увагу на кольори, їхню послідовність та інтенсивність, а також на кути повороту аналізатора. Запишіть спостереження.
Вимкніть блок живлення.
Протокол
Завдання 1
Як за допомогою прозорої плівки створити цікаві кольорові ефекти? Перетягни слова у правильні поля! За допомогою прозорої плівки можна створити цікаві кольорові ефекти, якщо вона стоїть ____ ____ і аналізатором та її ____ або ____, або якщо накладену одна на одну чи зім'яту плівку тримають між ними й ____ ____.
Завдання 2
Пояснення спостережуваних явищ ґрунтується на тому, що деякі речовини спричиняють хроматичну поляризацію світла, яке крізь них проходить. Підсумуйте результати досліду. Прозора плівка розщеплює світло на дві складові, ____ ____ одна до одної. Через це залежно від положення ____ певні кольори гасяться, і за певного положення аналізатора на екрані з'являється змішаний колір, додатковий до погашеного. Які саме кольори виникають, залежить від ____ шару прозорої плівки, а їхня інтенсивність - від ____ між напрямком розтягу плівки та напрямком поляризації аналізатора.
Завдання 3
Питання
Зображення театральної зали