3. Описание лабораторной установки

Принципиальная схема установки показана на рис. 2. Электромагнитная волна от источника «И» падает на стеклянную стопу «П» и отражается от нее в направлении «О₁О₂», поляризуясь. Для анализа отраженного поляризованного излучения используется поляроид «А», представляющий собой пленку поливинилена толщиной 0,5 мм. Пройдя через поляроид «А», электромагнитная волна падает на поверхность фотоприемника, в качестве которого используется кремневый фотодиод «ФП». К фотоприемнику подключен микроамперметр «µА», который служит для регистрации тока, возникающего в цепи, под воздействием на фотоприемник поляризованной электромагнитной волны. Поляроид «А» и фотоприемник «ФП» объединены в один блок «Б», способный поворачиваться в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в направлении стрелок «в» или «б».

Стеклянная стопа «П» закреплена на вращающейся платформе горизонтально расположенного гониометра – прибора, предназначенного для отсчета углов падения волн . Как и блок «Б», стопа «П» может вращаться вокруг вертикальной оси в направлении стрелок «с» и «д». Стопа «П» в данном эксперименте выполняет функцию поляризатора электромагнитного излучения, поляроид «А» служит анализатором.

Схема лабораторной установки

Пусть интенсивность электромагнитной волны, поляризованной при отражении от стопы «П» (рис. 2) равна J_о, а направление колебательного вектора в этой волне составляет угол с плоскостью колебаний (3) анализатора. В этом случае, согласно закона Малюса, интенсивность электромагнитной волны падающей на поверхность фотоприемника «ФП»

J =J_o(1-K) cos² , (3)

где К – коэффициент поглощения электромагнитной волны анализатором. Согласно (3),

при =0, стремится к ;

при = /2, стремится к .

Введем параметр, который назовем «степенью поляризации» электромагнитной волны, при ее отражении от стопы «П»

. (4)

Анализ формулы (4) показывает, что при , функция должна иметь максимум.

Как было показано в работе (7.5), интенсивность электромагнитной волны в условиях подобного эксперимента пропорциональна величине тока фотоприемника «ФП». Следовательно, функцию можно представить в следующем виде:

, (5)

где смысл индексов у значений тока тот же, что и в формуле (4).

4. ЗАДАНИЕ

4.1. Определение угла Брюстера.

4.1.1. Плавно поворачивая платформу гониометра, на которой закреплена стопа «П» (рис. 2), за рукоятку платформы, установить угол падения светового пучка на стопу =30° по лимбу гониометра. За стопу платформу не вращать, прикасаться руками к стопе категорически запрещается.

4.1.2. Включить тумблеры «220 В» и «фотодиод».

4.1.3. Вращая блок «Б» (рис. 2) вокруг вертикальной оси за рукоятку платформы блока, добиться максимального отклонения стрелки микроамперметра «µА».

4.1.4. Плавно поворачивая анализатор «А» вокруг оси, добиться повторного максимального отклонения стрелки микроамперметра. Записать в таблицу измерений величину фототока .

4.1.5. Повернуть анализатор вокруг оси на угол /2. Записать в таблицу измерений величину фототока .

4.1.6. Увеличивая угол от 30° до 80° через 5° повторить измерения токов фотоприемника согласно п.п. 4.1.3 + 4.1.5, в интервале от 50° до 60° приращение угла задавать через 2,5°.

4.1.7. Выключить тумблеры «220 В» и «фотодиод».

4.1.8. Подставляя значения и в формулу (5), вычислить величины , для всех значений угла .

4.1.9. Данные занесите в таблицу №1.

Таблица№1

4.1.10. Построить зависимость . Определить по графику угол Брюстера .

4.2. Подставляя значения угла Брюстера в формулу (2), вычислить абсолютный показатель преломления стекла .

4.3. Рассчитать абсолютную погрешность измерения величины используя формулу (5) и полагая класс точности микроамперметра К=1%.

4.4. Сделайте основные выводы по выполненной работе.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

5.1. Дайте понятие поляризации электромагнитных волн.

5.2. В чем сущность закона Брюстера?

5.3. Каково назначение поляризатора и анализатора в данной работе?

5.4. Поясните, почему максимум функции соответствует углу Брюстера.

5.5. Дайте качественное объяснение механизма поляризации электромагнитной волны при ее взаимодействии с диэлектриком.

6. ЛИТЕРАТУРА

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 4. М.: Наука, Физматлит, 1998 г.

2. Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высш. шк., 2002 г.

3. Черевко А.Г. Расчёт неопределённостей результата измерений в физическом эксперименте: Методические указания к лабораторному практикуму, Новосибирск: СИБГУТИ, 2002 г.

4. Яворский Б. М. и Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1985 г.