Экспериментальная часть Описание установки

Лабораторная установка собрана на оптической скамье комплекса ЛОК-1М и включает в себя следующие узлы (рис. 5): Л – лазер, Л1 – короткофокусная линза (Д5), О – объектив (Д6), П – поляризатор (Д11), А – анализатор (Д12), Л2 – лупа (Д3), Э₃ – экран фоторегистратора (ФР) (Д4).

Рис. 5

Лазерное излучение фокусируется линзой Л1 и объективом О в объектной плоскости Э₂ лупы Л2. При этом на экране ФР Э₃ наблюдается яркая точка малых размеров.

Для проверки закона Малюса между объективом и лупой размещают поляризатор П (Д11) и анализатор (Д12).

Для определения показателя преломления n непрозрачных материалов пластинка из исследуемого вещества помещается также в кассету поворотного столика нормально падающему лучу. Поворачивая ручку поляризатора добиваемся максимальной яркости падающего на пластинку поляризованного луча – положение ручки поляризатора вертикальное и соответствует направлению вектора E. В этом случае луч света, падающий на пластинку, максимально поляризован в плоскости падения (рис. 4). При повороте пластинки яркость светового пятна на экране уменьшается, становясь близкой к нулю при некотором угле _Б. Определив экспериментально значение угла _Б , по формуле n = tg_Б можно рассчитать значение n.

Для определения вращательной способности вещества на оптическую скамью между поляризатором и анализатором помещают держатель (Д10) с кристаллической пластинкой ( № 39).

Порядок выполнения работы

Упражнение 1.

Анализ степени поляризации лазерного излучения.

Получите на экране Э₃ изображение источника света в виде яркой точки. Установите на оптическую скамью поляризатор (Д11). Вращая поляризатор, убедитесь, что освещенность на экране зависит от угла поворота плоскости поляризатора. Запишите углы поворота, при которых интенсивность света максимальна и минимальна. Сделайте вывод о степени и виде поляризации лазерного излучения.

Упражнение 2.

Проверка закона Малюса.

1. Поставьте на оптическую скамью поляризатор (Д11). Поворачивая ручку поляризатора, установите его в положение максимальной освещенности экрана. За поляризатором поставьте анализатор (Д12). Вращением ручки анализатора также установите максимальную освещенность. В этом случае угол между оптическими осями поляризатора и анализатора равен нулю. Запишите начальное значение угла ₀ анализатора.

2. С помощью регулировочных винтов лупы (Д3) выведите изображение светового пятна в центр экрана Э₃ ФР. Установите окошечко фотодатчика в центре светового пятна.

3. Включите милливольтметр. Если показания милливольтметра превышают максимально допустимое значение, расфокусируйте немного световое пятно с тем, чтобы световой поток не насыщал фотоприемник. Запишите показание милливольтметра U₀ , соответствующее значению начального угла α₀.

α₀ = град, U₀ = мВ

№		 – 0	U	I /I0 = U/ U0	cos	cos2 
1 2 3 ...

4. Изменяйте угол поворота анализатора, при этом фиксируйте значение этого угла α׳ и показания милливольтметра U. Данные заносите в таблицу. Учитывая, что показания милливольтметра U пропорциональны интенсивности света I, попадающего в фотодатчик, занесите в таблицу значения относительной интенсивности света I/I₀ = U/U₀ .

5. Вычислите значения  = ' –₀, cos, cos². Постройте график зависимости I/I₀ от cos², убедитесь в его линейности. Сделайте вывод.

Упражнение 3.

Определение показателя преломления стеклянной пластинки по углу Брюстера.

1. Установите в кассету поворотного столика нормально падающему лучу экран с пластинкой из темного непрозрачного стекла. Запишите значение угла ₀.

2. Вращая ручку поляризатора, добейтесь максимальной яркости луча.

3. Вращая поворотный столик, наблюдайте за перемещением отраженного от пластинки луча по экрану интерферометра. Установите положение, соответствующее минимальной интенсивности отраженного луча, запишите значение угла  . По формуле _Б =  – ₀ найдите значение угла Брюстера _Б .

4. По формуле n = tg_Б рассчитайте значение n.

Упражнение 4.

Определение угла поворота плоскости поляризации кристаллической пластинкой.

1. Поставьте на оптическую скамью поляризатор (Д11). Поворачивая ручку поляризатора, установите его в положение максимальной освещенности экрана Э₃. За поляризатором поставьте анализатор (Д12). Вращением ручки анализатора установите минимальную освещенность экрана Э₃. Запишите значение угла ₀ анализатора.

2. Поместите между поляризатором и анализатором кристаллическую пластинку (№ 39 в держателе 10). Экран Э₃ ФР вновь становится освещенным. Вращая ручку анализатора (Д12), снова добейтесь минимальной освещенности экрана, запишите значение угла анализатора  .

3. Вычислите угол вращения плоскости поляризации при прохождении света через кристаллическую пластинку   = -₀.

4. Измерив толщину пластинки, определите значение удельного вращения.

Упражнение 5.

Определение угла поворота плоскости поляризации оптически активным раствором сахара.

1. Выполните пункт 1 упр. 3.

2. Поместите между поляризатором (Д11) и анализатором (Д12) кювету с раствором сахара (Д44). Экран Э₃ ФР вновь становится освещенным. Вращая анализатор (Д12), снова добейтесь минимальной освещенности экрана, запишите значение угла анализатора  .

3. Вычислите угол вращения плоскости поляризации при прохождении линейно поляризованного света через слой оптически активного раствора сахара:   =  ₀.

4. Измерив длину кюветы, определите значение удельного вращения и сравните со справочными данными.

Упражнение 6.

Определение неизвестной концентра-ции Сх сахара в растворе .

1. Выполните пункты 1-3 упр. 5 для четырех растворов сахара, три из которых имеют известную концентрацию сахара – С₁, С₂, С₃, а четвертый неизвестную – С_х. Результаты измерений занесите в таблицу. В качестве первого результата используйте данные, полученные в упр. 5.

№	С, %	0, град	 , град	   =  0, град
1 2 ...

2. Постройте график зависимости   = f(С), откладывая значения “С” вдоль оси х, а соответствующие им значения   вдоль оси у.

3. Зная  ₄, определите по графику неизвестную концентрацию С_х сахарного раствора. Рассчитайте погрешность измерения.