Поляризация света. Естественный и поляризованный свет

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Им. Ф.М. ДОСТОЕВСКОГО

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Учебно-методическое пособие по курсам «Оптика» и «Общий физический практикум»

Омск

2019

Рецензенты:

 

К.ф.-м.н. Н.А. Давлеткильдеев (КНИОРП ОНЦ СО РАН)

К.ф.-м.н., Г.М. Серопян (ФГБОУ ВО ОмГУ им. Ф.М. Достоевского)

 

Поляризация света: учебно-методическое пособие по курсам «Оптика и «Общий физический практикум»/ авт.: Б.Т. Байсова, Л.В. Баранова.– Омск: изд-во Ом.гос.ун-та, 2019.–32 с.

 

 

В пособии представлены краткие теоретические сведения по разделу волновой оптики «Поляризация света», обеспечивающие выполнение цикла лабораторных работ. Пособие также включает в себя лабораторный практикум и представляет собой самостоятельное руководство к лабораторным занятиям для студентов физического факультета. Практикум содержит описание выполнения двух лабораторных работ по курсам «Оптика» и «Общий физический практикум».

Предназначено для обучающихся по направлениям подготовки бакалавров 03.03.02 «Физика», 03.03.03 «Радиофизика». 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ……………………………………………………………………5

ГЛАВА 1. Основные теоретические сведения……………………...…………..6

1.1. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет…………….…6

1.2. Виды поляризации, поляризатор…………..……………………...…………7

1.3. Частично поляризованный свет. Степень поляризации………………...….8

1.4. Способы получения плоскополяризованного света………………………..9

1.4.1. Получение плоскополяризованного света с помощью поляризатора............................................................................................9

1.4.2. Поляризация при отражении и преломлении………………….……10

1.4.3. Двойное лучепреломление…………………………………………...10

1.4.4. Дихроизм………………………………………………………………12

1.5. Закон Малюса……………………………………………………..…………12

1.6. Закон Брюстера………………………………………………..…………..…14

1.7. Вращение плоскости поляризации оптически активными веществами……………………………………………………………….…..15

1.7.1. Теория Френеля вращения плоскости поляризации………………………………………………...…………15

1.7.2. Молекулярная теория вращения плоскости поляризации……..…..18

1.8. Интерференция поляризованных лучей…………………………..………..18

ГЛАВА 2. Лабораторный практикум…………..……………………………....22

2.1. Изучение вращения плоскости поляризации и определение концентрации сахарных растворов с помощью поляриметра……………………………..…….22

2.2. Исследование закона Малюса………………………………………………30

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ И РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………..………………..…32

ПРЕДИСЛОВИЕ

Целью настоящего учебно-методического пособия является ознакомление студентов с основными теоретическими сведениями по теме «Поляризация света» с последующим закреплением теории на практике при выполнении цикла лабораторных работ.

Пособие способствует формированию у студентов практических навыков работы на оптическом оборудовании с возможностью наглядного наблюдения изучаемых явлений с последующим оформлением результатов эксперимента.   

В первой главе изложены краткие теоретические сведения. В представленном теоретическом материале рассмотрены основные способы получения плоскополяризованного света, принципы работы поляризаторов, описано явление вращения плоскости поляризации оптически активными веществами. Во второй главе представлен лабораторный практикум, включающий две работы: «Изучение вращения плоскости поляризации и определение концентрации сахарных растворов с помощью поляриметра», «Исследование закона Малюса». По каждой работе представлены методические указания о порядке ее выполнения, описание лабораторных установок, а также перечень контрольных вопросов и список рекомендуемой литературы.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Поляризация света. Естественный и поляризованный свет

Термин «поляризация света» (от греческого polos – ось, полюс) предложил в 1808 г. Этьен Малюс.

Поляризацией света называют наличие у световой волны преимущественного направления колебаний векторов напряженностей электрического и магнитного полей.

Испускание кванта света происходит в результате перехода электрона из возбужденного состояния в основное. Электромагнитная волна, испускаемая в результате этого перехода, является поперечной, т.е. векторы электрического  и магнитного  полей не только взаимно перпендикулярны, но и оба перпендикулярны к направлению распространения (рис.1).

Рис. 1. Поперечная электромагнитная волна

Вектор называют световым вектором потому, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах вещества.

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы излучают световые волна независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, харак­теризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора . Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора  называется естественным. Свет, в котором имеется преимущественное направление колебаний вектора и незначительная амплитуда колебаний вектора в других направлениях, называется частично поляризованным. Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным (рис.2).

 

Рис. 2. Естественный, частично-поляризованный и плоскополяризованный свет

Плоскость, образованная векторами и , называется плоскостью поляризации, плоскость, в которой колеблется вектор , называется плоскостью колебаний.

Естественный свет называют также неполяризованным. При отражении от неметаллических поверхностей (вода, стекло и т.п.) естественный свет превращается в частично поляризованный так, что амплитуда светового вектора в направлении, параллельном отражающей плоскости, становится больше. Преломление естественного света на границе двух сред тоже превращает его в частично поляризованный, однако в этих случаях, как правило, амплитуда светового вектора в направлении, параллельном отражающей плоскости, становится меньше.