Темы докладов, страница 232 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 6. Электромагнитная природа света. Параграф 56. Поперечность световых волн. Электромагнитная природа света. Вопросы - страница 232.

Условие.

Поляризационные фильтры.

Решение.

Поляризационный фильтр — это оптическое устройство, которое преобразует естественный (неполяризованный) или частично поляризованный свет в свет с определённой поляризацией, пропуская электромагнитные колебания только в одной определённой плоскости и блокируя колебания в перпендикулярной ей плоскости.

Что такое поляризация света?

Свет представляет собой поперечную электромагнитную волну. Это означает, что векторы напряженности электрического поля ($\text{E}$) и магнитной индукции ($\text{B}$) колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Поляризация — это характеристика, описывающая ориентацию колебаний вектора $\text{E}$ в пространстве. В естественном свете (например, от солнца или лампы накаливания) вектор $\text{E}$ колеблется хаотично во всех направлениях, перпендикулярных лучу. Такой свет называют неполяризованным. Если колебания вектора $\text{E}$ происходят только в одной плоскости, свет называют плоскополяризованным или линейно поляризованным.

Ответ: Поляризация света — это упорядоченность ориентации колебаний вектора напряженности электрического поля световой волны в плоскости, перпендикулярной направлению её распространения.

Принцип работы поляризационного фильтра

Самый распространённый тип поляризационного фильтра (поляроид) основан на явлении дихроизма — способности некоторых кристаллов по-разному поглощать свет в зависимости от его поляризации. Фильтр представляет собой тонкую плёнку из полимерного материала (например, поливинилового спирта) с внедрёнными в неё длинными молекулами йода. Эти молекулы вытянуты в одном направлении, создавая своего рода решётку. Свет, поляризованный параллельно этим молекулам, поглощается, а свет, поляризованный перпендикулярно, проходит через фильтр. Направление, вдоль которого поляризован проходящий свет, называется осью поляризации фильтра.

Когда неполяризованный свет интенсивностью $I_0$ проходит через поляризатор, его интенсивность уменьшается вдвое, и на выходе получается плоскополяризованный свет с интенсивностью $I_1 = I_0 / 2$.

Если на поляризатор (называемый в этом случае анализатором) падает уже плоскополяризованный свет с интенсивностью $I_1$, то интенсивность прошедшего света $\text{I}$ будет зависеть от угла $\theta$ между плоскостью поляризации падающего света и осью анализатора. Эта зависимость описывается законом Малюса:

$I = I_1 \cdot \cos^2(\theta)$

При $\theta = 0^\circ$ (оси поляризатора и анализатора параллельны) интенсивность максимальна: $I = I_1$. При $\theta = 90^\circ$ (оси скрещены) свет полностью блокируется: $I = 0$.

Ответ: Поляризационный фильтр работает по принципу селективного поглощения: он пропускает световые волны с колебаниями в одной плоскости (вдоль своей оси поляризации) и поглощает волны с колебаниями в перпендикулярной плоскости. Интенсивность света, прошедшего через два поляризатора, определяется законом Малюса.

Типы поляризационных фильтров

Существует несколько типов поляризационных фильтров, основными из которых являются:

1. Линейные поляризаторы (PL): Это фильтры, описанные выше. Они пропускают свет с линейной поляризацией в определённой плоскости. Они эффективны для удаления бликов, но могут вызывать проблемы в работе систем автофокусировки и экспозамера в современных цифровых камерах.

2. Циркулярные поляризаторы (CPL или CIR-PL): Этот тип фильтров состоит из двух компонентов: линейного поляризатора и следующей за ним четвертьволновой пластинки. Линейный поляризатор сначала отфильтровывает блики, а затем четвертьволновая пластинка преобразует линейно-поляризованный свет в циркулярно-поляризованный. Такой свет не мешает работе современных камер, что делает циркулярные фильтры стандартом в фотографии.

Ответ: Основные типы поляризационных фильтров — линейные, которые создают плоскополяризованный свет, и циркулярные, которые преобразуют свет в циркулярно-поляризованный и более совместимы с современной фототехникой.

Применение поляризационных фильтров

Поляризационные фильтры находят широкое применение в различных областях:

• Фотография и видеосъемка: для устранения бликов от неметаллических поверхностей (вода, стекло), повышения контраста и насыщенности цветов (например, небо становится темнее, а облака — выразительнее).

• Солнцезащитные очки: поляризационные линзы блокируют отраженный от горизонтальных поверхностей (дорога, вода, снег) свет, что уменьшает ослепляющий эффект и повышает комфорт и безопасность.

• Жидкокристаллические дисплеи (LCD): в экранах мониторов, телевизоров, смартфонов используются два поляризационных фильтра для управления прохождением света через ячейки с жидкими кристаллами, что позволяет формировать изображение.

• Научные исследования: в поляризационных микроскопах для изучения анизотропных материалов (например, минералов в геологии), в химии для анализа оптически активных веществ, в инженерии для визуализации механических напряжений в прозрачных моделях (метод фотоупругости).

• 3D-кинематограф: для разделения изображений для левого и правого глаза используются очки с поляризационными фильтрами (с линейной или циркулярной поляризацией), что позволяет создавать стереоскопический эффект.

Ответ: Поляризационные фильтры используются в фотографии, солнцезащитных очках, ЖК-экранах, научных приборах и 3D-технологиях для управления бликами, контрастом, а также для анализа материалов и создания объемных изображений.