Обробка результатів експерименту

1. За формулою (5) розрахувати довжину хвилі випромінювання лазера для максимумів 1-го, 2-го та 3-го порядків.

2. Розрахувати роздільну здатність R дифракційної решітки за формулою R = тN, де т - порядок максимуму; N - загальна кількість щілин решітки, через які проходить світловий пучок. Діаметр пучка лазера дорівнює 3 мм, а стала решітки м.

3. Зробити аналіз одержаних результатів обробки експериментальних даних.

4. Розрахувати абсолютну та відносну похибки знаходження довжини хвилі лазерного випромінювання.

5. Сформулювати основні висновки з результатів проробленої роботи.

Контрольні запитання для допуску

До виконання лабораторної роботи

1. Мета роботи

2. Як побудована дифракційна решітка?

3. Яка решітка називається амплітудною?

4. Як формується принцип Гюйгенса-Френеля?

5. Запишіть та поясніть форму результуючої амплітуди та форму результуючої інтенсивності для інтеференції багатьох хвиль.

6. Як побудований дифракційний спектр від дифракційної решітки?

7. Як побудована лабораторна установка для вивчення дифракційних спектрів?

8. Запишіть та поясніть форму головних максимумів на дифракційній решітці?

9. Як можна визначити довжину хвилі лазерного випромінювання за допомогою дифракційної решітки?

10. Чому лазерне випромінювання небезпечне при необережному поводженні із ним?

11. Що таке роздільна здатність дифракційної решітки?

12. Як можна розрахувати роздільну здатність для решітки в лабораторній роботі?

13. Охарактеризуйте основні умови дифракції світла на одній щілині і на дифракційній решітці.

Контрольні запитання для захисту лабораторної роботи

1. Як практично визначався кут дифракції на установці лабораторної роботи?

2. Яке числове значення має стала дифракційної решітки в лабораторній роботі? Що фізично визначає стала решітки?

3. Що означає порядок максимуму на дифракційній решітці?

4. Від яких параметрів вимірювання на дифракційні решітці залежать відносна та абсолютна похибки?

5. В яких випадках дифракційний спектр решітки може давати побічні мінімуми та побічні максимуми?

6. Назвіть межі видимого для людини спектра, та покажіть на ньому місце лазерного випромінювання лабораторної установки.

Лабораторна робота № 5.8

Вивчення закону Малюса

Мета роботи:експериментально дослідити явище поляризації та перевірити закон Малюса.

Прилади і матеріали:поляроїди, джерело світла, фотоелемент, гальванометр, деполяризатор.

Теоретичні відомості

Будь-яке джерело світла є сукупністю дуже великого числа окремих незалежних випромінювачів світла (атомів, молекул або тих і інших одночасно). Згідно з електромагнетною теорією Максвелла світло є поперечною електромагнетною хвилею.

Результати експериментів щодо вивчення розповсюдження світла в різних середовищах дозволили встановити існування двох станів світла: природного та поляризованого.

Поляризованим є світло з переважним напрямком коливань: для одного з поперечних напрямків або для деякого напрямку повороту вектора напруженості електричного поля. Умовно розглядають тільки електричні коливання внаслідок більш важливої ролі електричного поля в більшості процесів, що відбуваються при взаємодії світла з речовиною.

Поляризоване світло наочно зображують за допомогою проекційної картини – проекції вектора Е на площину, перпендикулярну до променя (рис.1). Якщо коливання вектора Е відбуваються в деякій площині, то світло називається плоскополяризованим або лінійно-поляризованим (рис.1 а).

Лінійно-поляризоване світло має нескінченну множину форм з різними азимутами α. Якщо величина вектора Е постійна в часі і його напрям змінюється так, що описує коло, то світло називається циркулярно-поляризованим (рис. 1б). Цей тип поляризації має дві форми, що відрізняються напрямом обертання вектора Е.

Рис. 1

Якщо величина вектора Е змінюється за часом і кінець цього вектора описує еліпс, то світло називається еліптично-поляризованим (рис.1в). Воно має нескінченну множину форм, що відрізняються азимутом а, ексцентриситетом і напрямом обертання.

Поляризоване світло за своєю природою є елементарним: монохроматичний промінь поляризованого світла вже неможливо розкласти на більш прості складові.

Монохроматичне світло є поляризованим. Однак будь-який реальний промінь світла завжди має помітний діапазон частот. Тому в ньому одночасно можуть мати місце різні форми поляризації. Поки що не знайдений задовільний спосіб наочного опису природного світла. Умовно прийнято зображати природне світло у вигляді зірочки з великим числом векторів , але це зображення не відбиває найбільш важливих властивостей природного світла (рис. 2). Площина, в якій відбуваються коливання вектора , називається площиною коливань. Площина, перпендикулярна до площини коливань, називається площиною поляризації.

Фізіологічна дія поляризованого світла на сітківку ока нічим не відрізняється від дії природного світла. Тому для вивчення його властивостей необхідні пристрої для його одержання і дослідження.

Пристрій, що дає можливість одержувати поляризовані промені, називається поляризатором, а пристрій, що дозволяє виявити наявність поляризованого світла — аналізатором. Слід відмітити, що обидва ці пристрої взаємо заміняються.

Рис.2

Особливістю поляризатора і аналізатора є те, що вони можуть пропускати світлові хвилі, електричний вектор напруженості яких коливається лише в строго визначеному напрямі. Такий напрям називається головним.

Рис. 3

Розглянемо установку (рис.3), що складається з джерела світла S, поляризатора П, аналізатора А, фотоелемента Ф, гальванометра G. Після проходження через поляризатор П світло стає плоскополяризованим. Аналізатор може пропускати тільки ті коливання , які збігаються з його головним напрямком АА. Якщо головні напрямки поляризатора ПП і аналізатора АА збігаються, то інтенсивність світла, що проходить через аналізатор А, буде максимальною.

Коли головні напрямки поляризатора і аналізатора утворюють між собою деякий кут φ, інтенсивність світла, що проходить, буде мати проміжне значення. Встановимо зв'язок між інтенсивністю променя, що проходить, і кутом φ.

На рис. 4 вказані позначення: ПП - головний напрям поляризатора, АА — головний напрям аналізатора, Е _n — амплітуда електричного вектора напруженості, що пропускається поляризатором.

Розкладемо амплітуду Е _n на дві складові Е_a і Е, одна з яких збігається з головним напрямом АА аналізатора, а друга перпендикулярна до нього. Коливання, перпендикулярні до напряму АА, не проходять через аналізатор. Отже, інтенсивність світла, що проходить, визначається складовою амплітуди Е_A.

З рис. 4 видно, що

.

Рис.4

Враховуючи, що інтенсивність коливань пропорційна квадрату амплітуди, маємо:

I = I₀cos² φ.

Це співвідношення виражає закон Малюса.

Порядок виконання роботи

Завдання. Дослідити залежність i=f(φ)

1. Повертаючи аналізатор, домогтися максимального відхилення стрілки гальванометра. Записати поділки на лімбі аналізатора φі показання гальванометра i.

2. Повернути аналізатор на 10° і записати покази гальванометра. Вимірювання провести через кожні 10° до 360°.

3. Дані вимірювань занести в таблицю.