Описание экспериментальной установки 2

Обнаружить поворот плоскости поляризации и измерить угол этого поворота можно с помощью поляризатора и анализатора, как в первом эксперименте. Од­нако для увеличения точности измерений в данном опыте применен полутене­вой метод индикации угла поворота плоскости поляризации. Схема соответствующей установки показана на рис. 6.

Рис. 6

Для получения поляризованного света используют два поляризатора П₁ и П₂, которые разделяют падающий на них световой пучок на две части. Оси свободного пропускания поляризаторов развернуты в их плоскости  на малый угол  (несколько градусов). Свет, прошедший поляризаторы П₁ и П₂, имеет одинаковую интенсивность, но две части пучка имеют разную ориентацию плоскостей поляризации. Между поляризаторами и вращающимся анализатором А может быть установлена кюве­та К с раствором сахара.

Анализатор вращают так, чтобы добиться одинаковой освещенности двух половин поля зрения. Если кювета с сахаром отсутствует, это возможно при двух положениях анализатора. Во-первых, когда главная плоскость (и ось свободного пропускания) анализатора параллельна плоскос­ти симметрии  составного поляризатора П₁ – П₂(ориентация 1 анализатора на рис. 6). При этом углы между осью свободного пропускания анализатора и осями свободного пропускания поляризаторов равны g. Во-вторых, когда ось свободного пропускания анализатора перпендикулярна к плоскос­ти симметрии  (ориентация 2 анализатора на рис. 6). При этом углы между осью свободного пропускания

анализатора и осями свободного пропускания поляризаторов равны

и ,

а интенсивности, согласно закону Малса (2), равны

.

Так как углы   близки к , интенсивность прошедшего света невелика. Поэтому по­ле зрения во втором варианте настройки анализатора должно быть достаточно темным (но не максимально темным).

Если между поляризаторами и анализатором находится кювета с раствором сахара, то плоскости поляризации волн, прошед­ших как поляризатор П₁, так и поляризатор П₂, на выходе из кюветы повернутся на один и тот же угол  в одну и ту же сторону. Отклонение этих плоскостей от главной плоскости анализатора перестает быть симметричным. Интенсивность света, прошедшего анализатор, в правой и левой половинах поля зрения становится неодинаковой.

Если теперь анализатор повернуть на угол  в том же направ­лении, в котором вращались плоскости поляризации света, то по­ложение плоскостей поляризации по отношению к главной плос­кости анализатора (оси свободного пропускания) становится опять симметричным. Интенсивность света, прошедшего анали­затор, в правой и левой половинах поля зрения становится опять одинаковой. Повышение точности отсчета угла достигается за счет того, что глаз имеет повышенную чувствительность к разнице освещенностей в пределах поля зрения.

Разность угловых координат анализатора, измеренных по угломерной шкале в отсутствие кюветы и с кюветой, равна углу поворота плоскости  поляризации. Поскольку фазовая скорость зависит от длины волны излучения, то и угол поворота плоскости поляризации будет зависеть от . При освещении белым светом добиться равенства интенсивностей света в правой и левой частях поля зрения одновременно для всех длин волн невозможно. Правая и левая части поля зре­ния будут иметь разную окраску. Поэтому диапазон длин волн должен быть узким. Для этого используется светофильтр.

В настоящее время существует несколько конструкций про­мышленных приборов – сахариметров, предназначенных для контроля содержания сахара в растворе. Во всех этих приборах используется в различных модификациях полутеневой метод оп­ределения угла вращения плоскости поляризации.

 

Задания

1. На установке 1 измерить значения фототока  для ряда значений угла  ме­жду осями свободного пропускания поляризатора и анализатора в пределах от 0 до 90° с шагом 10°. При каждом значении  измерения проводить трижды, затем вычислять среднее значение фототока.

2. Построить зависимость  от . Сделать вывод.

3. На установке 2 измерить углы поворота  плоскости поляризации света для нескольких кювет с известными значениями концентрации сахара. Для каждого раствора измерения проделать три раза и найти среднее значение.

4. Построить график зависимости угла поворота плоскости поляризации света от концентрации сахара в растворе   С.

5. Измерить угол поворота плоскости поляризации света для кюветы с неизвестной концентрацией сахара. Определить кон­центрацию сахара в данном растворе, используя график зависи­мости  от С.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое линейная поляризация света, естественная, круговая?

2. Какие физические явления используются в поляризаторах (анализаторах)?

3. Что такое главная плоскость поляризатора, ось свободного пропускания?

4. Что является началом отсчета угла в измерениях зависимости фототока от угла поворота анализатора?

5. Что такое оптически активные вещества? Каковы особенности молекулярного строения оптически активных веществ?

6. Как объяснить явление вращения плоскости линейной поляризации света раствором оптически активного вещества?

7. В чем заключается полутеневой метод измерения угла по­ворота плоскости поляризации?

8. Что является началом отсчета в измерениях угла вращения плоскости линейной поляризации полутеневым методом?

 

Литература

 

1. Савельев И.В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн. 4: Волны. Оптика. – М.: Астрель, 2001 (§ 6.1 – 6.3).

2. Трофимова Т.И. Курс физики. 4-е изд. – М.: Высш. шк., 1997
(§ 180).