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马吕斯定律的验证
sutschoolofscience
2011
马吕斯定律的验证
——2010-2011年sut物理系光学自主实验
何军
sut物理系应用物理0901班
马吕斯定律的验证
前言:
如果有人问你,光的本质是什么,也许你在高中时候就可以轻松回答这个问题——光是一种电磁波。
如果我再追问你,光是横波还是纵波,有什么现象作为依据,对于光这个生命中最为常见的东西,也许你也发蒙了。
其实,问答上面这个问题很简单。
答案也不是很神秘,而是我们经常听到一个光学现象——光的偏振。
所谓光的偏振,亦即光的波动方向对于传播方向的不对称性。
他是横波区别于纵波的一个最明显的标志,只有横波才有偏振现象。
在垂直于传播方向的平面内,包含一切可能方向的横振动,且平均说来任一方向上具有相同的振幅,这种横振动对称于传播方向的光称为自然光(非偏振光)。
凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。
1809年,马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。
在进一步研究光的简单折射中的偏振时,他发现光在折射时是部分偏振的。
因为惠更斯曾提出过光是一种纵波,而纵波不可能发生这样的偏振,这一发现成为了反对纵波说的有利证据。
本次试验意在验证马吕斯定律,进而对光的横波性质做更深入的了解。
实验目的:
1.理解光的波动性及光的偏正现象;
2.学习偏振光检偏实验中透光强度与偏振夹角的关系;
3.验证马吕斯定律。
实验原理:
1.光的偏振
光是一种横波,亦即光的振动平面和传播方向垂直。
光在波动方向对于传播方向的不对称现象,我们称之为偏振。
天然光在各个方向都有波的振动,从传播方向看来就是一个圆形。
我们常说的偏振光通常指线偏振光,也就是说电场在某个指定方向上振动。
设电场振幅为A,则光强为
2.偏振片
可以使天然光变成偏振光的光学元件叫偏振片。
偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能,可使纵向光或横向光一种透过,一种遮蔽。
它是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压而成的复合材料。
有黑白和彩色二类,按应用又可分成透射、透反射及反透射三类。
一般用高分子化合物聚乙烯醇薄膜作为基片,再浸染具有强烈二向色性的碘,经硼酸水溶液还原稳定后,再将其单向拉伸4~5倍制成。
拉伸后,碘分子则整齐地被吸附在排列在该薄膜上面,具有起偏或检偏性能。
自然光抑或偏振光,照射到偏振片上面,只有在偏振方向的电场才能通过,其余都被遮蔽了。
3.马吕斯定律
两偏振片的透振方向之间夹角为α,透过起偏器的偏振光振幅为A,则透过检偏器的振幅为
,则
因为探测器检测到的是光强,光强为
可得
易知,当α=0,亦即起偏方向和检偏方向相同时,I取得最大值;当
,亦即起偏方向和检偏方向正交时,
线偏振光发生消光显现,这也是线偏振光区别与部分偏振光的一个特性。
实验步骤:
1.搭建实验平台,固定激光发生器。
2.调整光路。
3.确定基准角。
旋转偏振镜,当接收光功率为0是,记录此刻镜片方位。
4.均匀旋转偏振镜,记录旋转角和相应光功率。
以
作为间隔角度,记录角度和光功率的关系。
数据记录与处理:
记录
1.并没有发现消光现象,亦即未能找到基点角。
2.即时变化偏振角,光功率值不变。
0(未能找到)
10
20
30
……
340
350
360
19.16
19.16
19.16
19.16
19.16
19.16
19.16
19.16
分析处理过程
一、假设偏振镜故障,更换偏振镜,重复前期实验步骤。
得到实验数据相同,排除偏振片故障问题。
二、假设接收器故障,如图,作对比试验。
首先光源直接照射接收器,记录光功率值;然后使用直尺完全挡住光线,记录光功率值。
由现象得出,光功率计接收器发生故障。
实验总结
本次实验,由于器材原因,未能得到实验结果。
但是在实验过程中,我仍然受益匪浅。
一、动手制作能力得到了提高
实验过程中,固定光源始终是个难以操作的问题。
我利用老师提供的载物器,使用了一些简单废品拼接了一个可以调节高度、角度、随用随装的激光夹持装置。
如下图
二、失败原因的分析能力得到了提高
本次实验没能得到预期数据,但是再出现的问题的时候,本着严谨求实的态度,我记录下了失败数据,而非编造理想数据。
在实验数据错误的情况下,认真分析原因,最终找到实验失败原因。
这次实验虽然失败了,但是对我以后的学习研究将起到深刻的影响。
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