Физика в нашей жизни, страница 94 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Физика в нашей жизни

Жидкокристаллический экран

В жидкокристаллическом экране два поляризатора располагают взаимно перпендикулярно, так, чтобы свет через них не проходил. Между поляризаторами размещают жидкий кристалл (рис. 92). Молекулы в жидких кристаллах не закреплены кристаллической решеткой и могут вращаться под действием электрического поля. При этом молекулы кристалла организованы в четкую структуру, они располагаются слоями, каждый слой закручивается по отношению к предыдущему. Закрученные слои молекул меняют направление поляризации проходящего света. В ЖК-дисплеях используют структуру, закрученную на 90°. Молекулы меняют направление поляризации света на 90°, и он полностью проходит через второй поляризационный фильтр. На электроды, расположенных с двух сторон от поляризаторов, подается напряжение, под действием которого меняется расположение молекул жидкого кристалла. Поляризованный свет падает на световой фильтр, состоящий из трехцветных ячеек – пикселей (рис. 93). В зависимости от напряжения, каждый цвет в отдельности может менять свою прозрачность, от сочетания яркости синего, красного и зеленого цвета, на экране получают цветное изображение.

Рис. 92. Молекулы жидкого кристалла между двумя поляризаторами

Рис. 93. Структура светового фильтра

Рис. 94. Устройство жидкокристаллического дисплея

Задание 1

Рассмотрите схему устройства ЖК дисплея на рисунке 94. Поясните принцип его действия.

Волновые явления

Задание 2

1. Назовите явления, изображенные на рисунках 95.

2. Приведите примеры проявления в природе, быту, технике волновых свойств света в результате интерференции, дифракции, поляризации и дисперсии.

Рис. 95.

Задание 1

Принцип действия жидкокристаллического (ЖК) дисплея, схема которого представлена на рисунке 94, основан на управлении поляризацией света с помощью жидких кристаллов. Процесс формирования изображения можно описать пошагово:

1. Подсветка и первый поляризатор. Блок подсветки излучает неполяризованный свет, который проходит через задний поляризационный фильтр. После этого свет становится плоскополяризованным, то есть его волны колеблются в одной плоскости.

2. Слой жидких кристаллов. Поляризованный свет проходит через слой жидких кристаллов, расположенный между электродами. Поведение света в этом слое зависит от наличия напряжения на электродах.
- Без напряжения (пиксель открыт): Молекулы жидких кристаллов образуют спиральную структуру, которая поворачивает плоскость поляризации света на 90°.
- При подаче напряжения (пиксель закрыт): Электрическое поле заставляет молекулы выстроиться параллельно полю, разрушая спиральную структуру. В этом случае слой жидких кристаллов не изменяет плоскость поляризации света.

3. Второй поляризатор и светофильтр. Свет достигает переднего поляризатора, ось поляризации которого перпендикулярна оси заднего поляризатора.
- Если плоскость поляризации света была повернута на 90° (нет напряжения), он свободно проходит через передний поляризатор. Пиксель становится светлым.
- Если плоскость поляризации не изменилась (есть напряжение), свет полностью блокируется передним поляризатором. Пиксель становится темным.
Промежуточные значения напряжения позволяют плавно регулировать ориентацию кристаллов и, следовательно, яркость пикселя.

4. Формирование цветного изображения. После прохождения переднего поляризатора свет попадает на слой цветных светофильтров. Каждый пиксель состоит из трех субпикселей (красного, зеленого и синего). Управляя яркостью каждого субпикселя, можно получить любой цвет, что в совокупности формирует на экране полноцветное изображение.

Ответ: Принцип работы ЖК-дисплея основан на модуляции светового потока от подсветки. Свет проходит через систему из двух скрещенных поляризаторов и слоя жидких кристаллов между ними. Прикладывая напряжение к ячейке с жидкими кристаллами, можно управлять их способностью поворачивать плоскость поляризации света. Это позволяет либо пропустить свет через второй поляризатор (яркий пиксель), либо заблокировать его (темный пиксель). Система цветных светофильтров (RGB) обеспечивает формирование цветного изображения.

Задание 2

1. Назовите явления, изображенные на рисунках 95.

На рисунках изображены различные волновые оптические явления:
- Мыльные пузыри (верхний ряд, слева): Интерференция света в тонкой пленке.
- Солнечные лучи на закате (верхний ряд, справа): Рассеяние и дифракция света в атмосфере.
- Очки с видом на горы (средний ряд, слева): Поляризация света (поляризационные очки уменьшают блики от отраженных поверхностей).
- Радуга (средний ряд, справа): Дисперсия света в каплях воды.
- Призма, разлагающая свет (нижний ряд, слева): Дисперсия света.
- Крыло бабочки (нижний ряд, в центре): Интерференция и дифракция света на микроскопических структурах крыла.
- Закат над морем (нижний ряд, второй справа): Рассеяние света в атмосфере (окраска неба) и поляризация при отражении от воды.
- Перламутр в раковине (нижний ряд, справа): Интерференция и дифракция света в слоистой структуре перламутра.

2. Приведите примеры проявления в природе, быту, технике волновых свойств света в результате интерференции, дифракции, поляризации и дисперсии.

Интерференция:
- Природа: цвета тонких пленок (нефть на воде, мыльные пузыри), радужная окраска крыльев бабочек Морфо.
- Быт и техника: просветление оптики (антибликовые покрытия на линзах), голография, интерферометры.

Дифракция:
- Природа: венцы (короны) вокруг Солнца и Луны в облачную погоду.
- Быт и техника: радужные узоры на CD/DVD дисках, предел разрешения микроскопов и телескопов, работа дифракционной решетки в спектральных приборах.

Поляризация:
- Природа: блики от поверхности воды или стекла, поляризация света неба (используется некоторыми насекомыми для навигации).
- Быт и техника: поляризационные солнцезащитные очки, ЖК-экраны, 3D-кинотеатры (некоторые технологии).

Дисперсия:
- Природа: радуга, "игра света" в драгоценных камнях (например, алмазах).
- Быт и техника: разложение света стеклянной призмой, работа спектрографов, хроматические аберрации (искажения цвета) в линзах.

Ответ:
1. На рисунках изображены интерференция (мыльные пузыри, крылья бабочки, перламутр), дифракция и рассеяние (лучи солнца), поляризация (очки), дисперсия (радуга, призма).
2. Примеры волновых явлений: интерференция — радужные пленки нефти на воде; дифракция — радужные узоры на CD-диске; поляризация — работа ЖК-мониторов и поляризационных очков; дисперсия — радуга после дождя и разложение света призмой.