Поляризация света, страница 236, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

Наблюдение поляризации света.

Теория работы. Опыт показывает, что интенсивность светового пучка, проходящего через некоторые прозрачные кристаллы, например кристаллы исландского шпата, зависит от взаимной ориентации двух кристаллов. При одинаковой ориентации кристаллов свет проходит через второй кристалл без ослабления. Если же второй кристалл повернут на угол $90^\circ$ от первоначального, то свет через него не проходит.

Это явление получает объяснение, если принять, что свет представляет собой поперечные волны. При прохождении через первый кристалл происходит поляризация света, т. е. кристалл пропускает только такие волны, в которых колебание вектора $\text{E}$ напряженности электрического поля совершается в одной плоскости. Эту плоскость называют плоскостью поляризации. Если плоскость, в которой пропускаются колебания вторым кристаллом, совпадает с плоскостью поляризации, поляризованный свет проходит через второй кристалл без ослабления. При повороте второго кристалла на угол $90^\circ$ поляризованный свет не проходит через кристалл.

Явление поляризации света доказывает волновую природу свету и поперечность световых волн.

Цель работы: экспериментально исследовать явление поляризации света.

Оборудование: поляроид в оправе, стеклянная пластинка размером 60 х 90 мм, окрашенная с одной стороны в черный цвет, автомобильная лампа с прямой нитью накала, адаптер.

Ход работы:

1. Глядя на зажженную лампу через поляроид (анализатор), медленно поворачивайте его вокруг оси, совпадающей с лучом зрения. Постоянство яркости горения лампы дает основание для заключения: свет от лампы не поляризован.

2. Положите стеклянную пластинку окрашенной стороной вниз на поверхность стола и, рассматривая в ней изображение лампы, исследуйте отраженный от пластинки свет (рис. 4). Медленно вращая анализатор вокруг отраженного луча, как вокруг оси, наблюдайте за попеременным увеличением и уменьшением яркости изображения лампы. За один полный оборот анализатора яркость изображения лампы дважды бывает наибольшей и наименьшей. При этом максимумы и минимумы света чередуется через каждые $90^\circ$.

Это значит, что свет, отраженный пластинкой, поляризован.

3. В данном опыте устанавливается совпадение плоскости поляризации (она отмечена рисками на оправе поляроида) с плоскостью поляризации пучка света, отраженного от стеклянной пластинки.

Рис. 4

5. Сделайте выводы.

На основании проведенной лабораторной работы можно сделать следующие выводы:

1. Свет от тепловых источников, таких как лампа накаливания, является естественным (неполяризованным). Это означает, что колебания векторов напряженности электрического поля $ \vec{E} $ в световой волне происходят во всевозможных направлениях, перпендикулярных направлению распространения света. Экспериментально это подтверждается тем, что при наблюдении лампы через вращающийся поляроид (анализатор) интенсивность проходящего света не изменяется.

2. При отражении от диэлектрической поверхности (в данном случае, от стеклянной пластинки) естественный свет может стать частично или полностью поляризованным. В эксперименте наблюдалось, что яркость отраженного от пластинки света изменяется при вращении поляроида. Появление максимумов и минимумов интенсивности, чередующихся через каждые $90°$ поворота анализатора, доказывает, что отраженный свет является плоскополяризованным.

3. Явление полной поляризации света при отражении происходит при определенном угле падения, который называется углом Брюстера ($α_Б$). Согласно закону Брюстера, тангенс угла Брюстера равен показателю преломления вещества, от которого отражается свет. В данном эксперименте можно рассчитать показатель преломления стекла, из которого сделана пластинка.

Дано:

Угол между падающим лучом и поверхностью стеклянной пластинки $γ = 33°$.

Найти:

Показатель преломления стекла $\text{n}$.

Решение:

Угол падения $α$ — это угол между падающим лучом и нормалью (перпендикуляром) к отражающей поверхности. Из рисунка видно, что угол падения связан с углом $γ$ соотношением:

$α = 90° - γ$

Подставим значение $γ$:

$α = 90° - 33° = 57°$

Поскольку при этом угле падения наблюдается поляризация отраженного света, можно считать, что этот угол является углом Брюстера: $α_Б = 57°$.

По закону Брюстера, показатель преломления вещества $\text{n}$ связан с углом Брюстера $α_Б$ следующей формулой:

$n = \tan(α_Б)$

Подставим значение угла Брюстера в формулу:

$n = \tan(57°) ≈ 1.54$

Полученное значение является типичным показателем преломления для стекла.

Ответ: показатель преломления стеклянной пластинки составляет приблизительно $n ≈ 1.54$.

4. Таким образом, явление поляризации света является доказательством того, что свет представляет собой поперечные электромагнитные волны. Эксперимент наглядно демонстрирует один из способов получения поляризованного света — отражение от диэлектрика под углом Брюстера.