Закон Малюса

Закон Малюса

За допомогою закону Малюса можна описати інтенсивність лінійно поляризованої хвилі після проходження крізь поляризатор - залежно від кута повороту поляризатора відносно оптичної осі.

Здатність світла поляризуватися використовують у так званій поляриметрії. За її допомогою можна визначати концентрацію оптично активних речовин. Адже вони, залежно від концентрації, повертають площину поляризації падаючого лінійно поляризованого світла.

Попередні знання

Учні мають володіти знаннями про поляризаційні властивості світла.

Принцип

Якщо лінійно поляризоване світло інтенсивністю падає на поляризатор, вісь пропускання якого утворює з напрямком коливань світла кут , то для інтенсивності за поляризатором справджується: .

Навчальна мета

Дослід слугує для перевірки закону Малюса. При цьому ставляться дуже високі вимоги до фізичного мислення учнів. Це випливає, з одного боку, з того, що цей закон для реальних поляризаційних фільтрів справджується лише наближено, а з іншого - з того, що інтенсивність світла вимірюють лише опосередковано, через силу струму крізь фоторезистор.

Завдання

Завдання цього досліду полягає в тому, щоб дослідити, як інтенсивність світла, що проходить крізь фільтри, залежить від кута повороту між двома поляризаційними фільтрами.

= напрямок поляризатора

= напрямок аналізатора

Зауваження

Виведення: Нехай вектор напруженості електричного поля світла, яке виходить з ідеального поляризатора, має амплітуду завбільшки . Якщо це ідеально поляризоване світло падає на ідеальний аналізатор, напрямок поляризації якого повернутий відносно напрямку поляризатора на кут α, то світло, яке виходить з аналізатора, коливається з амплітудою . Сила світла пропорційна квадрату напруженості електричного поля.

Отже, справджується: (інтенсивність за кута ) / (інтенсивність за ) = (.

Інтенсивність світла, що падає на фоторезистор, з доброю точністю пропорційна силі електричного струму крізь цей фоторезистор. Отже, випливає також: .

Світло можна лінійно поляризувати; знання про цю властивість використовують передусім у поляриметрії.

За допомогою здатності світла поляризуватися можна визначати концентрацію оптично активних середовищ (вони повертають площину поляризації світла). Це використовують, зокрема, для дослідження вмісту цукру в сечі при діагностиці різних хвороб.

Лабораторні проби

Схема досліду

Як інтенсивність світла залежить від кута повороту між двома поляризаційними фільтрами?

• Спрямуйте пучок світла крізь два поляризаційні фільтри й дослідіть залежність інтенсивності світла, що пройшло, від кута, на який фільтри повернуті один відносно одного.

• Для цього спрямуйте світло, що пройшло, на фоторезистор і виміряйте силу електричного струму крізь фоторезистор; вона з доброю точністю пропорційна інтенсивності світла.

• Склади освітлювач за рисунками праворуч угорі.
• Затисни освітлювач у лівій частині штативної основи так, щоб він був повернений боком з лінзою від оптичної лави.
• Всунь світлонепроникну діафрагму перед лінзу освітлювача.

• Насади фоторезистор на ізолювальний стрижень і затисни його в правій частині штативної основи.

• Постав лінзу приблизно на позначці 8 см на оптичну лаву.

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

• За потреби пересунь лінзу, доки фоторезистор не буде повністю освітлений.

• Всунь поляризаційні фільтри в тримачі діафрагм і насади їх на оправи зі шкалою так, щоб позначки стояли над нульовими точками.

• Постав один тримач діафрагм приблизно на позначці 20 см (поляризатор), а другий - на 35 см (аналізатор). Якщо на фоторезистор не падає світло, поверни один із фільтрів на 90° і всунь його в його тримач діафрагм.

• Постав аналізатор на 90° і поверни поляризатор так, щоб пучок світла був погашений якнайсильніше. Для цього тимчасово вийми ізолювальний стрижень із фоторезистором і подивись оком крізь обидва фільтри на джерело світла. Встав ізолювальний стрижень назад і поверни аналізатор на 0°.

• Під'єднай фоторезистор і амперметр (межа вимірювання 3 мА-) послідовно до виходу постійної напруги блока живлення (налаштування 0 В, обмеження струму 0,2 А).

• Підвищуй постійну напругу, доки сила струму не досягне точно 3 мА.

• Повертай аналізатор кроками по 10° і щоразу вимірюй силу струму крізь фоторезистор, а потім вимкни блок живлення.

Додаткове завдання:

Утвори тепер із записаних результатів вимірювань частку і порівняй її з величинами, яких слід теоретично очікувати за законом Малюса.

червоний: хід графіка реального поляризаційного фільтра

синій: хід графіка ідеального поляризаційного фільтра