Порядок выполнения работы. 1. Расположив все держатели на одной оси один под другим, укрепите держатель со стопой стеклянных пластинок таким образом

1. Расположив все держатели на одной оси один под другим, укрепите держатель со стопой стеклянных пластинок таким образом, чтобы угол между нормалью к их поверхности и направлением на николь был равен 45°, а источник света установите так, чтобы он посылал горизонтальный пучок. При этом отраженный от стопы луч должен пройти через диафрагму 2 и николь – анализатор 3 (рис. 2). Положив на николь тонкий лист бумаги или наблюдая непосредственно глазом, вращайте николь вокруг своей оси и следите за изменением яркости светового пятна. Пятно полностью не погаснет, так как падающий на анализатор свет пока ещё частично поляризован. Найдите такое положение анализатора, при котором интенсивность света будет минимальной.

2. При найденном положении николя – анализатора, увеличьте немного угол падения. Для этого поверните слегка стопу Столетова, увеличив угол между нормалью к ней и вертикалью. После этого поворачивая источник света добейтесь такого его положения, чтобы отраженные лучи проходили через николь – анализатор. Проследите за изменением яркости светового пятна на бумаге при нескольких углах падения от 45° до 60°. Найдите такое положение стопы стеклянных пластинок, при котором пятно погаснет полностью. Это будет означать, что на николь падает полностью поляризованный свет. Угол между направлением на анализатор и нормалью для данного положения стеклянных пластинок будет равен углу полной поляризации a_бр.

3. Аналогичные измерения проделайте несколько раз и найдите среднее значение .

4. По углу Брюстера, найденному вами, определите показатель преломления стекла.

5. Найдите степень поляризации света, прошедшего через стопу Столетова, если свет падает на нее под углом Брюстера. Стопа Столетова, используемая в вашем опыте, содержит 10 стеклянных пластинок.

α ₁ = 55°

α ₂ = 55.2°

α ₃ = 60°

tgα = tg56.73 = 1.524

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какой свет называется поляризованным?

Волну, в которой направление колеба­ний светового вектора Е упорядочено каким-либо образом, на­зывают поляризованной. Если колебания вектора Е происходят только в одной плоскости, проходящей через луч, то мы имеем дело с плоско (или линейно) поляризованной волной. Плос­кость, в которой колеблется вектор Е, называют плоскостью поляризации (плоскостью колебаний светового вектора) [2].

Другой вид поляризации заключается в том, что вектор Е вращается вокруг направления распространения волны, одно­временно изменяясь периодически по модулю. При этом конец вектора Е описывает эллипс (в каждой точке среды). Такую волну называют э ллиптически-поляризованной. Или поляризованной по кругу, если конец вектора Е описывает окружность.

2. Какие виды поляризации света вы знаете?

В зависимости от направления вектора Е различают правую и левую эллиптические (или круговые) поляризации. Если смотреть навстречу распространения волны, и вектор Е при этом поворачивается по часовой стрелке, то поляризацию назы­вают правой, в противном случае (если против часовой стрел­ки) — левой. Волну с эллиптической поляризацией всегда можно разло­жить (или представить) на две взаимно перпендикулярные ли­нейно поляризованные волны с взаимно ортогональными плоско­стями поляризации. Причем разность фаз этих двух волн сохра­няется постоянной во времени. Такие волны, как мы знаем, называют когерентными, в отличие от не когерентных, у которых разность фаз хаотически меняется во времени.

3. Что представляет собой естественный свет?

Естественный свет можно представить как наложение (сум­му) двух некогерентных плоско поляризованных волн с взаимно ортогональными плоскостями поляризации. Важно подчеркнуть, что ориентация этих двух взаимно ортогональных плоско поляризованных волн со­вершенно произвольна.

4. Дайте определение частично поляризованного света и его степени поляризации.

Помимо линейно поляризованного и ес­тественного света существует еще промежуточный случай — частично поляризованный свет. Частично поляризованный свет, как и естественный, можно представить в виде наложения двух некогерентных плоско поляризованных волн с взаимно пер­пендикулярными плоскостями поляризации, но разными по ин­тенсивности. Его также можно рассматривать как смесь (сумму) естественной и линейно поляризованной составляющих.

Частично поляризованный свет характеризуют степенью по­ляризации Р, которую определяют как

5. (1).

Здесь I_поляр — интенсивность поляризованной составляющей, I₀ — полная интенсивность частично поляризованного света: I₀= I_max+ I_min.

6. Перечислите, каковы особенности света отраженного под углом Брюстера?

При падении естественного света на границу двух диэлектриков, отраженный и преломленный лучи частично поляризуются.

При угле падения a_бр, удовлетворяющем условию:

(3),

где n₁ и n₂ – показатели преломления первой и второй среды, отраженный луч оказывается линейно поляризованным. Плоскость колебаний в отраженном луче (плоскость вектора Е) перпендикулярна плоскости падения. Преломленный же луч поляризован частично и преимущественное направление плоскости колебаний в этом луче совпадает с плоскостью падения (см. рис. 1).

7. Как устроены призмы Николя и стопа Столетова, использующиеся в работе?

Призма Николя (рис. 3) состоит из двух призм исландского шпата, склеенных канадским бальзамом (КК). Эта система заключена в черную оправку (П).

Для определения угла Брюстера используется прибор Нёренберга (рис. 2), который состоит из стойки с укрепленным на ней держателем. Держатель 1 с лимбом и указателем для определения угла a_бр служит для крепления стопы стеклянных пластинок. При отражении от одной пластинки под углом Брюстера интенсивность линейно поляризованного света очень мала. Поэтому для того, чтобы увеличить интенсивность отраженного света применяют несколько скрепленных пластинок, сложенных в стопу, так называемую стопу Столетова.

8. Как известно вода прозрачна, но с берега озера или реки мы видим очень яркие отражения берегов и неба в воде. Дайте объяснение этому явлению с помощью формул Френеля.

9. Снег состоит из мелких кристалликов льда (снежинок). Лед прозрачный, но снег – белый.

Почему?

[1] Первоначально плоскость поляризации связывали с плоскостью, в которой колеблется вектор Н (или В). Несмотря на то, что это устарело, следует быть внимательным, поскольку в некоторых учебниках до сих пор понятие «плоскость поляризации» используется в прежнем смысле.