sprawdzanie prawa malusa

I PRACOWNIA FIZYCZNA, INSTYTUT FIZYKI UMK, TORUŃ
Instrukcja do ćwiczenia nr 69
SPRAWDZANIE PRAWA MALUSA
Instrukcje wykonał Winicjusz Drozdowski
1. Cel ćwiczenia
Celem zadania jest zapoznanie się ze zjawiskiem polaryzacji światła, metodami polaryzacji i
zastosowaniem światła spolaryzowanego. Wykonywane pomiary pozwalają na weryfikację
jednego z fundamentalnych praw dotyczących polaryzacji, a mianowicie prawa Malusa.
2. Zagadnienia do przygotowania
•
•
•
•
•
•
•
istota zjawiska polaryzacji fal;
rodzaje polaryzacji (liniowa, kołowa, eliptyczna);
polaryzacja światła przez odbicie, kąt Brewstera;
prawo Malusa;
rodzaje polaryzatorów;
dwójłomność;
zastosowanie zjawiska polaryzacji.
3. Przyrządy pomiarowe, opis i schemat aparatury
Układ eksperymentalny (rys. 1) składa się ze źródła światła, polaryzatora, analizatora i miernika
mocy z fotodiodą. Polaryzator i analizator są umieszczone w obrotowych oprawach z
naniesionymi podziałkami kątowymi. Wiązka światła emitowanego przez źródło przechodzi
kolejno przez polaryzator i analizator, po czym pada na powierzchnię fotodiody, wskutek czego
w obwodzie fotodiody płynie prąd. Wartość natężenia prądu, proporcjonalną do strumienia
świetlnego, odczytuje się przy pomocy miernika.
Rys. 1.
Układ do sprawdzania prawa Malusa.
4. Przebieg ćwiczenia - tabela pomiarów
• włączamy zasilanie źródła światła i miernik;
• umieszczamy pomiędzy źródłem a fotodiodą sam polaryzator;
• na skali polaryzatora ustawiamy 0°;
• obracając polaryzator co Δϕ = 5° w lewą stronę sprawdzamy, czy światło emitowane przez
obrót w lewo
ϕ (°)
0°
5°
10°
15°
20°
25°
30°
35°
40°
45°
50°
55°
60°
65°
70°
75°
80°
85°
90°
•
•
•
•
•
I (mA)
obrót w
prawo
I (mA)
obrót w lewo
ϕ (°)
0°
5°
10°
15°
20°
25°
30°
35°
40°
45°
50°
55°
60°
65°
70°
75°
80°
85°
90°
I (mA)
obrót w
prawo
I (mA)
Tabela pomiarów nr 1.
Tabela pomiarów nr 2.
źródło jest spolaryzowane (wyniki zapisujemy w tabeli nr 1);
powtarzamy powyższą czynność obracając analizator w prawą stronę (c.d. tabeli nr 1)
umieszczamy analizator pomiędzy polaryzatorem a fotodiodą;
obracając analizator znajdujemy takie jego położenie, przy którym miernik pokazuje
maksymalną wartość natężenia prądu (dla tego położenia przyjmujemy: ϕ = 0°, I = I0);
obracając analizator co Δϕ = 5° w lewą stronę zapisujemy dla każdego położenia wartość
natężenia prądu I (wyniki zapisujemy w tabeli nr 2);
powtarzamy powyższą czynność obracając analizator w prawą stronę (c.d. tabeli nr 2).
5. Opracowanie wyników
• na podstawie tabeli nr 1 określamy, czy światło emitowane przez źródło jest spolaryzowane;
• wyniki zebrane w tabeli pomiarów nr 2 przedstawiamy na wykresie w prostokątnym układzie
współrzędnych (oś X: kąt ϕ; oś Y: natężenie prądu I);
• na tym samym rysunku wykreślamy trzy krzywe teoretyczne:
α) I1 = I0 cosϕ
β) I2 = I0 cos2ϕ
χ) I3 = I0 cos3ϕ
• sprawdzamy, która z nich najlepiej przybliża wyniki eksperymentu;
• zamieszczamy krótki komentarz.
6. Schemat analizy i dyskusji błędów
Dyskusja błędów nie jest wymagana.
7. Literatura
•
•
•
•
•
J. Orear, „Fizyka”;
„Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”, praca zbiorowa pod redakcją T. Dryńskiego;
H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna”;
F.C. Crawford, „Fale”;
R. Resnick, D. Halliday, „Fizyka”.