Определение концентрации сахара в растворе

1*. Приготовьте раствор сахара:

Масса сахара определение концентрации сахара в растворе - student2.ru г;

Объем раствора определение концентрации сахара в растворе - student2.ru мл.

Парциальная плотность определение концентрации сахара в растворе - student2.ru кг/м3.

2*. Залейте раствор в кювету (объект 44, длина определение концентрации сахара в растворе - student2.ru = 0,120 м).

3*. Удалите с излучателя линзу-насадку (объект 42), если она установлена. Установите фотодатчик (объект 38) в поворотном столе (объект 13) на оптическую скамью комплекса ЛКО-5 в крайнее правое положение.

4*. Подключите фотодатчик к микроамперметру и включите излучатель. Убедитесь в том, что отсутствует «зашкаливание» микроамперметра на шкале 200 мкА (или 2000 мкА), когда на индикаторе гаснут все цифры кроме единицы.

Внимание! Пункты, помеченные звёздочкой, выполняет преподаватель или лаборант.

5. Установите сразу после излучателя поляризатор (объект 37) в кассете поворотного держателя (модуль 10). Подберите ориентацию поляризатора по максимуму показаний микроамперметра.

6. Установите перед фотодатчиком анализатор в поворотном держателе (модуль 12). Поворачивая анализатор вокруг оптической оси, убедитесь в том, что существуют минимальные определение концентрации сахара в растворе - student2.ru и максимальные определение концентрации сахара в растворе - student2.ru показания микроамперметра. Запишите их значения. Перекройте рукой пучок излучения и зафиксируйте фоновый отсчет определение концентрации сахара в растворе - student2.ru .

7. Установите минимальное определение концентрации сахара в растворе - student2.ru значение показаний миллиамперметра, иными словами «скрестите» поляризаторы и запишите значение угла определение концентрации сахара в растворе - student2.ru по шкале анализатора.

8. Установите между поляризатором и анализатором кювету с раствором сахара. При этом показания миллиамперметра возрастут, или как говорят, поле «просветлится». Запишите показания миллиамперметра определение концентрации сахара в растворе - student2.ru .

9. Поворотом анализатора снова добейтесь минимальных показаний миллиамперметра. Запишите угол определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , при котором достигается это минимум. Повторите измерения не менее трёх раз. Все данные занесите в таблицу.

Таблица

  Без кюветы С кюветой
определение концентрации сахара в растворе - student2.ru определение концентрации сахара в растворе - student2.ru определение концентрации сахара в растворе - student2.ru определение концентрации сахара в растворе - student2.ru определение концентрации сахара в растворе - student2.ru определение концентрации сахара в растворе - student2.ru определение концентрации сахара в растворе - student2.ru определение концентрации сахара в растворе - student2.ru определение концентрации сахара в растворе - student2.ru
                 
                 
                 

10. По формуле:

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru

рассчитайте концентрацию определение концентрации сахара в растворе - student2.ru сахара, используя постоянную вращения плоскости поляризации

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru =0,45 град/(кг/м2)

и длину кюветы определение концентрации сахара в растворе - student2.ru =0,120 м.

11. Найдите среднее значение определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , и по формуле Стьюдента рассчитайте погрешность измерений.

11. Запишите результат в формате:

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru

Контрольные вопросы

1.Что такое естественный свет? Как колеблется электрический вектор естественного света?

2. Что такое поляризованный свет? Какие существуют виды поляризации?

3. Как изменяются интенсивности естественного и поляризованного света при прохождении через идеальный поляризатор? Закон Малюса.

6. Поляризация при отражении света от диэлектрика. Закон Брюстера. Стопа Столетова.

7. Двойное лучепреломление. Свойства обыкновенного и необыкновенного лучей.

8. Прохождение плоскополяризованного света через одноосную кристаллическую пластинку. Оптическая разность хода и разность фаз обыкновенного и необыкновенного лучей на выходе из кристалла.

9. Какие существуют способы получения поляризованного света.

10. Как объяснить механизм вращения плоскости поляризации оптически активными веществами?

11. Какие существуют методы измерения угла поворота плоскости поляризации световой волны оптически активной средой?

5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№ 3-27
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА БРЮСТЕРА

Цели работы: изучение поляризации света при отражении от поверхности диэлектрика, определение угла Брюстера.

Приборы и принадлежности: лабораторный комплекс ЛКО-5.

Методика эксперимента

При наклонном падении света на поверхность диэлектрика коэффициент отражения определение концентрации сахара в растворе - student2.ru волн с поляризацией в плоскости падения отличается от коэффициента отражения волн с поляризацией, перпендикулярной плоскости падения. На рис. 1. условно обозначены стрелками – колебания вектора определение концентрации сахара в растворе - student2.ru в плоскости падения, точками – перпендикулярно плоскости падения.

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru

Рис. 1.

На рис. 2 приведены графики зависимостей коэффициентов отражения от угла падения. Существует угол падения, называемый углом Брюстера определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , при котором определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , т.е. волна с поляризацией в плоскости падения вообще не отражается. Это случается, когда отраженный и преломлённый лучи ортогональны. Рассматривая отражённую волну как результат излучения дипольных моментов атомов диэлектрика, колеблющихся под действием электрического поля прошедшей (преломлённой) волны и учитывая, что в направлении своих колебаний диполи не излучают, мы можем объяснить отсутствие отраженной волны, показанной на рис. 1 пунктиром (см. эффект Брюстера – раздел 3)

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru

Рис. 2.

Из законов геометрической оптики следует:

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru (1)

где определение концентрации сахара в растворе - student2.ru - показатель преломления диэлектрика. При этом прошедший свет будет частично поляризован, а отраженный свет будет частично поляризован, если определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , и полностью поляризован, если определение концентрации сахара в растворе - student2.ru . Измерив, экспериментально угол Брюстера по формуле (1) можно рассчитать показатель преломления диэлектрика.

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа выполняется на модульном учебном комплексе ЛКО-5. Перед началом работы необходимо ознакомиться с описанием комплекса, инструкцией по его эксплуатации и техники безопасности в Приложении № 3.

Задание 1

1. Удалите с излучателя линзу-насадку (объект 42), если она установлена.

2. Установите на оптическую скамью сразу после излучателя поляризатор (объект 12).

3. За поляризатором на оптическую скамью установите пластмассовую пластину (объект 6) в поворотном столе (модуль 13) перпендикулярно оптической оси.

4*. Включите лазерный источник.

Внимание! Пункты, помеченные звёздочкой, выполняет преподаватель или лаборант.

5. Поворачивая стол, наблюдайте визуально за поведением интенсивности отраженного от пластинки лазерного пучка на фронтальном экране. Если не наблюдается выраженного минимума интенсивности отражённого луча, подберите с помощью поляризатора (объект 12) такую поляризацию излучения, чтобы в падающем на пластинку излучении вектор определение концентрации сахара в растворе - student2.ru колебался в плоскости падения. В нашем случае это горизонтальная плоскость. Направление определение концентрации сахара в растворе - student2.ru совпадает с направлением рукоятки поворота поляризатора (объект 12).

6. Зафиксируйте угловое положение стола, отвечающее минимуму отражения, подстройте поляризацию падающего света и ещё раз уточните положение минимума. Запишите значение угла определение концентрации сахара в растворе - student2.ru по шкале поворотного стола

7. Определите положение нормали к пластинке, для этого пустите отражённый луч навстречу падающему лучу и запишите значение угла определение концентрации сахара в растворе - student2.ru .

8. Найдите угол Брюстера по формуле:

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru определение концентрации сахара в растворе - student2.ru .

9. По формуле (1) рассчитайте показатель преломления пластины определение концентрации сахара в растворе - student2.ru

10. Оцените погрешность и запишите результат в формате:

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru

Задание 2

1. Установите вместо пластмассовой пластины (объект 6) последовательно объекты 4, 5, 7, 8 или 9 из набора объектов комплекса ЛКО-1 (не менее трёх, по указанию преподавателя).

2. Используя методику задания 1, измерьте угол Брюстера для выбранных объектов.

Контрольные вопросы

1.Что такое естественный свет? Как колеблется электрический вектор естественного света?

2. Что такое поляризованный свет? Какие существуют виды поляризации?

3. Как изменяются интенсивности естественного и поляризованного света при прохождении через идеальный поляризатор? Закон Малюса.

6. Поляризация при отражении света от диэлектрика. Закон Брюстера. Стопа Столетова.

7. Двойное лучепреломление. Свойства обыкновенного и необыкновенного лучей.

8. Прохождение плоскополяризованного света через одноосную кристаллическую пластинку. Оптическая разность хода и разность фаз обыкновенного и необыкновенного лучей на выходе из кристалла.

9. Какие существуют способы получения поляризованного света.

10. Как объяснить механизм вращения плоскости поляризации оптически активными веществами?

11. Какие существуют методы измерения угла поворота плоскости поляризации световой волны оптически активной средой?

6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№ 3-28
ЭЛлиПТИЧЕСКАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ

Цели работы: изучение прохождения света через кристаллическую пластинку.

Приборы и принадлежности: лабораторный комплекс ЛКО-5.

Методика эксперимента

При прохождении света через анизотропные среды, в частности, через кристаллы, поляризация излучения может изменяться. В каждом кристалле существуют три взаимно ортогональных направления, называемые главными осями кристалла, обладающие важным свойством: если волна линейно поляризована и колебания вектора определение концентрации сахара в растворе - student2.ru направлены вдоль одной из главных осей, то поляризация волны при прохождении через кристалл не изменяется. Для разных главных осей показатели преломления, а значит и скорости распространения волн, различны.

Воспользуемся этим для получения света с эллиптической поляризацией. Пусть свет проходит через кристаллическую пластинку, главные оси которой направлены по осям х и y, соответствующие показателям преломления определение концентрации сахара в растворе - student2.ru и определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , лежат в плоскости пластинки, а третья ось z нормальна к пластинке. Направим пучок света вдоль оси z (рис.68).

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru определение концентрации сахара в растворе - student2.ru

Поле определение концентрации сахара в растворе - student2.ru падающей волны разложим на составляющие

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru

где определение концентрации сахара в растворе - student2.ru и определение концентрации сахара в растворе - student2.ru единичные векторы по осям определение концентрации сахара в растворе - student2.ru и определение концентрации сахара в растворе - student2.ru . Волна с полем определение концентрации сахара в растворе - student2.ru затратит на прохождение пластинки время определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , а волна с определение концентрации сахара в растворе - student2.ru - время определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , в итоге одна волна опередит другую на время определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , что приведёт к дополнительному сдвигу фаз колебаний определение концентрации сахара в растворе - student2.ru и определение концентрации сахара в растворе - student2.ru на величину

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru

Тот же результат можно получить по-другому: для двух волн пластина создает разность хода

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru

и разность фаз

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru .

Если определение концентрации сахара в растворе - student2.ru пластинку называют четвертьволновой. Если определение концентрации сахара в растворе - student2.ru - пластинку называют полуволновой.

Если в линейно поляризованной падающей волне вектор определение концентрации сахара в растворе - student2.ru уже направлен вдоль одной из главных осей х или у, то амплитуда колебаний вдоль другой оси равна нулю, и на выходе из пластинки имеем лишь ту составляющую вектора определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , что и на входе, т.е. поляризация волны не изменится. Если же на входе обе компоненты определение концентрации сахара в растворе - student2.ru и определение концентрации сахара в растворе - student2.ru не равны нулю, то поляризация на выходе определяется соотношением их амплитуд и полученной разностью фаз определение концентрации сахара в растворе - student2.ru .

При определение концентрации сахара в растворе - student2.ru (полуволновая пластинка) синфазные колебания определение концентрации сахара в растворе - student2.ru и определение концентрации сахара в растворе - student2.ru на входе в пластинку превращаются в противофазные на выходе.

Это приводит к повороту плоскости поляризации на угол определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , где определение концентрации сахара в растворе - student2.ru - угол между главной осью пластинки и плоскостью поляризации падающей волны (рис.69). Если повернуть пластинку вокруг оси определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , плоскость поляризации на выходе повернется на вдвое больший угол.

Если определение концентрации сахара в растворе - student2.ru (четвертьволновая пластинка) и угол определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , то на выходе получим ортогональные колебания равных амплитуд ( определение концентрации сахара в растворе - student2.ru = определение концентрации сахара в растворе - student2.ru ) с фазовым сдвигом определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , что соответствует круговой поляризации.

Если вносимая пластинкой разность хода заранее неизвестна (таков объект 39), её можно определить по анализу поляризации после пластинки следующим образом. Определим положение главных осей пластинки и установим их под углом определение концентрации сахара в растворе - student2.ru к плоскости поляризации падающего света, определяемой входным поляризатором П1 (рис. 70).

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru

После пластинки получим колебания с одинаковыми амплитудами и со сдвигом фаз определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , который следует найти. Установим после пластинки поляризатор П2. Через него пройдут колебания с амплитудами

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru и определение концентрации сахара в растворе - student2.ru ,

где угол определение концентрации сахара в растворе - student2.ru определяет ориентацию поляризатора (см. рис. 70). Интенсивность прошедшей через поляризатор волны определяется этими амплитудами, а также разностью фаз колебаний (см. методическое пособие - “Интерференция”):

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru

Учитывая, что определение концентрации сахара в растворе - student2.ru а определение концентрации сахара в растворе - student2.ru и модули амплитуды определение концентрации сахара в растворе - student2.ru , получаем:

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru .

Поворачивая поляризатор П2, найдем максимальное и минимальное значение интенсивности прошедшего через него излучения. Поскольку

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru

находим:

определение концентрации сахара в растворе - student2.ru .

Для однозначного определения определение концентрации сахара в растворе - student2.ru нужно знать возможный диапазон значений толщины пластины. Известно, что для объекта 39 разность хода определение концентрации сахара в растворе - student2.ru .

Задание 1

Наши рекомендации