Номер 1, страница 187, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Возьмите пленку полипропилена (в эту пленку обычно заворачивают сыр в магазине). Эта пленка — отличный материал для изготовления простого поляризационного прибора — стопы Столетова. Вырежьте из пленки полоску и сложите ее несколько раз пополам так, чтобы получился восьми- или шестнадцати слойный полимерный многослойник. Закрепите его на стеклянной пластинке или в оправке, чтобы он был плоским и обязательно без складок. В ваших руках поляризатор, работающий на просвет и на отражение. Чтобы убедиться в этом, установите стопу на пути светового пучка, развернув ее плоскость по отношению к пучку на угол $\approx \pi/3$ (для полипропилена $n \approx 1,5$). С помощью пленочного поляроида проверьте, что свет, прошедший через стопу, сильно поляризован. А куда направлен вектор напряженности электрического поля $\vec{E}$ такой световой волне? Сравните, соответствуют ли результаты ваших измерений рисунку 36.3, на котором поясняется принцип действия стопы - поляризатора.

Рис. 36.3

На рисунке $\Phi_B$ — угол Брюстера. Угол падения, при котором отраженный луч полностью поляризован, называется углом Брюстера. При падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

1. Дано:

Показатель преломления полипропилена, $n \approx 1,5$

Угол падения света на стопу, $\alpha \approx \pi/3$

Найти:

Направление вектора напряженности электрического поля $\vec{E}$ в световой волне, прошедшей через стопу.

Решение:

Описанное в задаче устройство представляет собой стопу Столетова — поляризатор, работающий на пропускание. Его действие основано на явлении поляризации света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков, которое описывается законом Брюстера.

Согласно закону Брюстера, если свет падает на границу раздела двух сред под определенным углом, называемым углом Брюстера ($\phi_B$), то отраженный луч оказывается полностью поляризованным. Его вектор напряженности электрического поля $\vec{E}$ перпендикулярен плоскости падения (s-поляризация).

Угол Брюстера определяется соотношением:

$\tan(\phi_B) = \frac{n_2}{n_1}$

где $n_1$ и $n_2$ — показатели преломления сред. В нашем случае свет падает из воздуха ($n_1 \approx 1$) на полипропилен ($n_2 = n \approx 1,5$).

Вычислим угол Брюстера для полипропилена:

$\tan(\phi_B) = 1,5$

$\phi_B = \arctan(1,5) \approx 56,3^\circ$

В задаче рекомендуется установить стопу под углом $\alpha = \pi/3$ радиан, что составляет $180^\circ/3 = 60^\circ$. Этот угол близок к вычисленному углу Брюстера, что позволяет наблюдать эффект.

Когда естественный (неполяризованный) свет падает на первую пластину стопы под углом, близким к углу Брюстера, его можно разложить на две компоненты:

1. s-поляризованный свет — вектор $\vec{E}$ перпендикулярен плоскости падения.

2. p-поляризованный свет — вектор $\vec{E}$ параллелен плоскости падения.

При каждом отражении от поверхности пластины преимущественно отражается s-компонента, а p-компонента почти полностью проходит внутрь пластины (преломляется). Стопа состоит из множества слоев, поэтому на каждой границе раздела воздух-пленка и пленка-воздух происходит частичное отражение s-компоненты. В результате свет, прошедший через всю стопу, оказывается сильно обедненным s-компонентой и обогащенным p-компонентой. То есть, прошедший свет становится сильно поляризованным в плоскости падения.

Таким образом, вектор напряженности электрического поля $\vec{E}$ в световой волне, прошедшей через стопу, будет направлен параллельно плоскости падения (плоскости, в которой лежат падающий луч и нормаль к поверхности стопы).

Этот результат полностью соответствует рисунку 36.3, на котором показано, что прошедший через стопу свет является p-поляризованным, то есть его вектор $\vec{E}$ параллелен плоскости падения.

Ответ: Вектор напряженности электрического поля $\vec{E}$ в световой волне, прошедшей через стопу, направлен параллельно плоскости падения. Результаты измерений соответствуют принципу действия, показанному на рисунке.