Thí nghiệm 4: phân cực ánh sáng Định lý malus. Phân cực tròn và phân cực elip môn Vật lý đại cương 2 | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

TN4 – Ph©n cùc ¸nh s¸ng
TN 4: PHÂN CỰC ÁNH SÁNG
ĐỊNH LÝ MALUS. PHÂN CỰC TRÒN VÀ PHÂN CỰC ELIP
ÁNH SÁNG TỰ NHIÊN VÀ ÁNH SÁNG PHÂN CỰC Ánh sáng tự nhiên
Nguyên tử của nguồn sáng phát ánh sáng dưới dạng những đoàn sóng nối tiếp nhau. Trong
mỗi đoàn sóng, véc tơ điện trường luôn luôn dao động theo một phương xác định vuông
góc với tia sáng. Do nguồn sáng chứa đựng vô số các nguyên tử và do tính hỗn loạn của các
vận động trong nguyên tử, véc tơ điện trường trong các đoàn sóng do nguốn sáng phát ra
dao động theo mọi phương vuông góc với tia sáng.
Ánh sáng có véc tơ điện trường dao động đều đặn theo mọi phương vuông góc với tia sáng
được gọi là ánh sáng tự nhiên.
Để biểu diễn ánh sáng tự nhiên, người ta vẽ trong mặt phẳng vuông góc với tia sáng các véc
tơ điện trường có trị số bằng nhau phân bố đều đặn xung quanh tia sáng (hình 1). Ánh sáng phân cực
Thực nghiệm chứng tỏ rằng khi cho một ánh sáng tự nhiên đi qua một môi trường bất đẳng
hướng về mặt quang học, ví dụ trong tinh thể tuamalin (allumini silicoborat), trong một số
trường hợp đặc biệt ánh sáng sau khi qua môi trường chỉ còn dao động theo một phương xác
định. Ánh sáng có véc tơ điện trường chỉ dao động theo một phương xác định được gọi là ánh
sáng phân cực thẳng hay ánh sáng phân cực toàn phần. Thực nghiệm chứng tỏ rằng trong mỗi
tinh thể tuamalin có mặt phẳng chứa một phương đặc biệt gọi là quang trục, ánh sáng có véc
tơ điện trường nằm trong mặt phẳng đó sẽ truyền qua bản tinh thể, còn ánh sáng có véc tơ
điện trường vuông góc với mặt phẳng này sẽ không truyền qua bản.
Trong một số trường hợp, tác dụng của môi trường lên ánh sáng tự nhiên vẫn để cho véc tơ
điện trường dao động theo mọi phương vuông góc với tia sáng nhưng có phương dao động
mạnh, có phương dao động yếu.
Ánh sáng có véc tơ điện trường dao động theo mọi phương vuông góc với tia sáng nhưng có
phương dao động mạnh, có phương dao động yếu gọi là ánh sáng phân cực một phần. ĐỊNH LUẬT MALUS
Cho ánh sáng tự nhiên đi qua 2 bản tuamalin T1 và T2 có quang trục hợp với nhau một góc . - 1 - PFIEV - IPH TN4 – Ph©n cùc ¸nh s¸ng
Cường độ ánh sáng sau bản T2 liên hệ với cường độ ánh sáng sau bản T1 theo hệ thức còn
được gọi là định lý Malus:
PHÂN CỰC DO LƯỠNG CHIẾT
Cho 1 tia sáng tự nhiên rọi vào tinh thể băng lan, ra khỏi tinh thể có 2 tia: -
Tia thường là tia phân cực toàn phần, phương phân cực vuông góc mp chứa
trục tinh thể và tia tới -
Tia bất thường là tia phân cực toàn phần, phương phân cực nằm trong mp
chứa trục tinh thể và tia tới
Chiết suất của tinh thể đối với hai tia trên là khác nhau, nechiết, phân cực do lưỡng chiết. ÁNH SÁNG PHÂN CỰC ELIP Lý thuyết chung
Chiếu 1 tia phân cực thẳng có Ei vào tinh thể lưỡng chiết. Vào bản tinh thể tia này
tách thành tia thường và tia bất thường có Eo và Ee. Véc tơ điện trường sau bản là: - 2 - PFIEV - IPH TN4 – Ph©n cùc ¸nh s¸ng
Phụ lục – quang lộ ánh sáng: định nghĩa là tích quãng đường đi được của tia sáng
và chiết suất của môi trường đối với tia sáng: L = nd. - 3 - PFIEV - IPH TN4 – Ph©n cùc ¸nh s¸ng THỰC HÀNH 1.
Kiểm nghiệm định luật Malus: a. Bố trí thí nghiệm:
- Nguồn sáng trắng tự nhiên (không phân cực), tấm chắn có lỗ hở, 2 bản tuamalin và
luxmeter được đặt đồng trục với nhau trên giá đỡ. b. Trình tự thí nghiệm: - Bật nguồn sáng
- Che chắn quang hệ để đảm bảo phần lớn ánh sáng chiếu vào luxmeter là từ nguồn.
- Đặt cho các quang trục của hai bản tuamalin trùng nhau (2 kim đều chỉ ở vị trí 0).
- Đọc giá trị hiển thị trên luxmeter, ghi lại vào bảng số liệu.
- Giữ nguyên vị trí bản tuamalin thứ 1, thay đổi quang trục của bản tuamalin thứ 2 lần
lượt 5 độ một lần. Ở mỗi vị trí của bản tuamalin thứ 2, ghi lại giá trị tương ứng trên
luxmeter. Lấy lại vị trí bản tuamalin thứ 2 và đọc kết quả (thực hiện 3 lần cho mỗi vị trí). c. Yêu cầu: - 4 - PFIEV - IPH TN4 – Ph©n cùc ¸nh s¸ng
- Vẽ đồ thị sự phụ thuộc của giá trị hiển thị trên luxmeter vào góc hợp bởi quang trục của hai bản tuamalin.
- Kiểm nghiệm lại định luật Malus. - Nhận xét 2.
Tính chất của bản ½ bước sóng: a. Bố trí thí nghiệm:
- Chuẩn bị: nguồn sáng trắng tự nhiên, kính phân cực, bản ½ bước sóng, kính phân tích, luxmeter. b. Trình tự thí nghiệm:
- Gọi góc giữa quang trục của kính phân cực và quang trục của bản ½ bước sóng là α.
- Trong khi làm thí nghiệm, giữ nguyên vị trí bản ½ bước sóng, chỉ quay quang trục của
kính phân cực để thay đổi góc α.
- Kiểm tra tính phân cực của chùm sáng phía sau bản ½ bước sóng. (Bằng cách quay
quang trục của kính phân tích và quan sát trên luxmeter). Đây sẽ là chùm sáng phân cực thẳng.
- Gọi góc lệch giữa quang trục của kính phân tích so với quang trục của kính phân cực là β. c. Yêu cầu: - Thay đổi góc α (
), ứng với mỗi giá trị α, cho β chạy từ 0 đến 360º (thay đổi 10 độ một).
- Kiểm tra mối quan hệ: β = 2 α. - Nhận xét 3.
Tính chất của bản ¼ bước sóng: a. Bố trí thí nghiệm:
- Chuẩn bị: nguồn sáng trắng tự nhiên, kính phân cực, bản ¼ bước sóng, kính phân tích, luxmeter. b. Trình tự thí nghiệm:
- Gọi góc giữa quang trục của kính phân cực và quang trục của bản ¼ bước sóng là α.
- Với các giá trị khác nhau của α, xác định tính chất phân cực của chùm tia đi ra khỏi
bản ¼ bước sóng bằng cách xoay quang trục của kính phân tích và quan sát số chỉ trên luxmeter. c. Yêu cầu:
- Khi α = 0 độ, chỉ ra rằng chùm sáng sau bản ¼ bước sóng là phân cực thẳng.
- Khi α = 45 độ, chỉ ra rằng chùm sáng sau bản ¼ bước sóng là phân cực tròn.
- Khi 0 < α < 45 độ (nên chọn α ≈ 30 độ), kiểm tra tính phân cực elip của chùm sáng sau bản ¼ bước sóng. Đo với các góc:
, ứng với mỗi giá trị α, cho β chạy từ 0 đến 360º (thay đổi 10 độ một). - 5 - PFIEV - IPH