Номер 9, страница 111 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

9. Опишите и объясните явление поляризации света на кристаллах турмалина.

8. Почему снег белый, а сажа черная?

Цвет объекта определяется тем, как он взаимодействует с падающим на него светом, то есть какие длины волн видимого спектра он поглощает, а какие отражает или рассеивает. Видимый белый свет представляет собой смесь всех цветов радуги (всех длин волн видимого спектра).

Снег состоит из огромного количества мелких ледяных кристаллов. Сам по себе лед прозрачен. Однако когда свет попадает на снежный покров, он многократно преломляется и отражается на границах между кристаллами льда и воздухом. Из-за хаотичной структуры снега свет рассеивается во все стороны. Важно, что ледяные кристаллы рассеивают свет всех длин волн (всех цветов) практически одинаково. Когда в наш глаз попадает равномерная смесь всех цветов видимого спектра, мы воспринимаем ее как белый цвет. Таким образом, снег кажется белым, потому что он эффективно рассеивает весь падающий на него солнечный свет, не поглощая при этом волны какого-либо определенного цвета.

Сажа, в свою очередь, состоит из частиц аморфного углерода. В отличие от льда, углерод обладает свойством очень хорошо поглощать электромагнитное излучение в видимом диапазоне. Когда свет падает на сажу, почти вся его энергия поглощается частицами углерода и превращается в тепло. Лишь очень незначительная часть света отражается. Поскольку от поверхности сажи в наш глаз практически не попадает отраженного света, мы воспринимаем ее как черную. Черный цвет — это, по сути, отсутствие света.

Ответ: Снег кажется белым, так как его многочисленные кристаллы льда многократно и равномерно рассеивают все цвета видимого спектра. Сажа кажется черной, потому что она состоит из углерода, который поглощает почти весь падающий на него свет.

9. Опишите и объясните явление поляризации света на кристаллах турмалина.

Поляризация света — это процесс упорядочивания колебаний вектора напряженности электрического поля $ \vec{E} $ световой волны. В естественном (неполяризованном) свете, например от Солнца или лампочки, эти колебания происходят во всех возможных направлениях, перпендикулярных направлению распространения волны. В плоско-поляризованном свете колебания происходят только в одной плоскости.

Кристаллы турмалина обладают свойством, называемым дихроизмом. Это означает, что они по-разному поглощают свет в зависимости от его поляризации. У кристалла турмалина есть выделенное направление, называемое оптической осью.

Описание и объяснение явления:

1. Когда пучок естественного света падает на пластинку турмалина, вырезанную параллельно ее оптической оси, происходит следующее. Световую волну можно разложить на две составляющие: одна, у которой вектор $ \vec{E} $ колеблется параллельно оптической оси кристалла, и вторая, у которой вектор $ \vec{E} $ колеблется перпендикулярно ей.

2. Кристалл турмалина устроен так, что он почти полностью поглощает ту составляющую света, у которой вектор напряженности электрического поля колеблется перпендикулярно оптической оси.

3. В то же время, составляющая света с колебаниями, параллельными оптической оси, проходит через кристалл почти без ослабления.

4. В результате свет, вышедший из кристалла, становится плоско-поляризованным. Колебания вектора $ \vec{E} $ в прошедшей волне происходят преимущественно в одной плоскости — той, что параллельна оптической оси кристалла.

Этот эффект можно наглядно продемонстрировать с помощью двух кристаллов турмалина. Первый кристалл (поляризатор) создает поляризованный свет из естественного. Если на пути этого света поставить второй такой же кристалл (анализатор), то интенсивность света, прошедшего через него, будет зависеть от взаимной ориентации их оптических осей.

• Если оси поляризатора и анализатора параллельны, свет проходит через анализатор практически без потерь.

• Если оси перпендикулярны (скрещены), то анализатор полностью поглощает уже поляризованный свет, и за ним наблюдается темнота.

• При промежуточных углах $ \alpha $ между осями интенсивность прошедшего света изменяется по закону Малюса: $ I = I_0 \cos^2 \alpha $, где $ I_0 $ — интенсивность света, прошедшего через поляризатор.

Ответ: Явление поляризации света на кристаллах турмалина заключается в том, что кристалл избирательно поглощает световые волны в зависимости от направления колебаний их электрического вектора. Турмалин пропускает только те колебания, которые параллельны его оптической оси, и поглощает перпендикулярные. В результате естественный свет, проходя через турмалин, превращается в плоско-поляризованный.