Толқындық құбылыстар

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 138 бет
Таңдаулыға:

Г. С. Бектасова, К. Т. Иманжанова

ТОЛҚЫНДЫҚ ҚҰБЫЛЫСТАР

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТІРЛІГІ

С. АМАНЖОЛОВ АТЫНДАҒЫ ШЫҒЫС ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

Г. С. Бектасова, К. Т. Иманжанова

ТОЛҚЫНДЫҚ ҚҰБЫЛЫСТАР

Физика-математикалық және инженер-техникалық мамандықтары студенттеріне зертханалық -тәжірибелік жұмыстар орындау кездерінде қолдануға арналған оқу-әдістемелік құрал

Өскемен, 2010

УДК 535. 3:530. 14 (075. 8)

С. Аманжолов атындағы ШҚМУ әдістемелік кеңесі ұсынған

№3 хаттама 24 ақпан 2009ж.

Рецензенттер:

Р. Б. Абылқалықова, ф-м. ғ. к., доцент

Д. Т. Курманова, ф-м. ғ. к., доцент

Бектасова Г. С., Иманжанова К. Т., Толқындық құбылыстар: Өскемен: С. Аманжолов атындағы ШҚМУ баспасы, 2010. -141 б.

«Толқындық құбылыстар» атты оқу-әдістемелік құрал жоғары оқу орындарының жаңа бағдарламасына сәйкес жазылған. Оқу- әдістемесінің нұсқамасы жалпы физика курсының «Оптика» және «Кванттық физика» бөлімдері бойынша теориялық мәліметтер, есептер шығарудың жолдары, практикалық-зертханалық жұмыстары, өзіндік жұмысқа арналған тапсырмалары, өзін-өзі тексеруге арналған тестер мен глоссарий түсініктері ұсынылған. Әр зертханалық-практикалық жұмыстардан кейін тұжырымдауға арналған сұрақтар берілген. ЖОО Физика-математикалық және инженер-техникалық мамандарында оқитын студенттерге арналған бұл оқу-әдістемелік құралда лекциялық, практикалық-зертханалық сабақтарды өткізуге көрнекі және дидактикалық материал болып табылады.

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ . . . 3

I ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК ТОЛҚЫНДАР

Электромагниттік жарық шығарудың түйіршігі және толқындық қасиеттері . . . 3
Есеп шығару мысалдары . . . 5

II МОНОХРОМАТ ТОЛҚЫНДАР ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ЭКСПЕРИМЕНТ ТҮРІНДЕ ОРЫНДАЛУЫ

2. 1 1-зертханалық жұмыс: Малюс заңының зертелуі және фазалық пластина арқылы поляризациялық жарықтың өтуі . . . 8

2. 2 Жарықтың эллипстік поляризациясы . . . 8

2. 3 Малюс заңы . . . 10

2. 4 2-зертханалық жұмыс: Кристалдық тор арқылы жазық поляризацияланған жарықтың өтуі . . . 10

2. 5 3-зертханалық жұмыс: Жарық поляризациясының магнит өрісінде айналуы /Фарадей эффектісі/ . . . 13

2. 6 Толқындардың шағылуы мен сынуы . . . 18

2. 7 4-зертханалық жұмыс: Малюс заңын және Брюстер интерференциялық тәжірибесін зерттеу . . . 20

III КРИСТАЛДЫ ОПТИКАНЫҢ ЭЛЕМЕНТТЕРІ

3. 1Эксперимент негіздеріне сипаттама. Жарық сәулесінің қосарланып сынуы . . . 24

3. 2 Сәуленің электр өрісінде қосарланып сынуы . . . 25

3. 3 Есеп шығару мысалдары . . . 26

3. 4ЭЕМ арқылы орындалатын 5-зертханалық жұмыс: Диэлектриктерден шағылған жарық поляризациясы . . . 27

IV ЖАРЫҚТЫҢ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯСЫ

4. 1 Когерент толкындар . . . 29

4. 2 6-зертханалық жұмыс: Юнг тәжірибесіндегі саңылаулар аралығындағы арақашықтықты анықтау . . . 30

4. 3 7- зертханалық жұмыс: Қалың жолақтың интерференциялық көрінісі бойынша ауа түйінінің бұрышын өлшеу. Ауа саңылауындағы қалың жолақтың интерференциясы . . . 33

4. 4 8- зертханалық жұмыс: Юнг тәжірибесі . . . 38

4. 5 9-зертханалық жұмыс: Юнг тәжірибесі. Лазер сәулесінің интерференциясы . . . 42

4. 6Жұқа пленкаларда интерференциялық жолақтың локализациялануы . . . 47

4. 7 Ньютон сақиналары . . . 51

4. 8 Бірдей көлбеулік жолақтары . . . 52

10-зертханалық жұмыс: Ньютон сақиналары көмегімен линзаның қисықтық радиуысын анықтау . . . 53

V ЖАРЫҚТЫҢ ДИФРАКЦИЯСЫ

5. 1 Гюйгенс-Френель принципі . . . 58

5. 2 Әр түрлі дөңгелек тесіктен өткенде дифракция . . . 62

5. 3 Электрон дифракциясы. Саңылаудан болатын электрон дифракциясы . . . 65

5. 4 Екі саңылаудан болатын электрон дифракциясы . . . 67

5. 5 Электрон дифракциясының қолданылуы . . . 68

5. 6 Де Бройль толқындары және олардың қасиеттері . . . 71

5. 7 Де Бройль толқынының статистикалық мағынасы . . . 73

5. 8 Бөлшектердің толқындық қасиеттерін салыстырмалы түрі . . . 74

5. 9 Луи де Бройль гипотезасы және оның эксперимантте тексерілуі74

5. 10 Есеп шығару мысалдары . . . 80

5. 11 11-зертханалық жұмыс. Жарық дифракциясын бақылау . . . 86

5. 12 12-зертханалық жұмыс. Жарықтың дифракциялық құбылысын зерттеу . . . 93

5. 13 13-зертханалық жұмыс. Дифракциялық тордың көмегімен жарық толқынының ұзындығын анықтау . . . 98

5. 14 14-зертханалық жұмыс. Лазерлік сәуленің дифракциясы (1-2 бөлім) . . . 105

5. 1515-зертханалық жұмыс. Денеге сапалы спектрлік талдау жасау . . . 111

5. 16 16-зертханалық жұмыс. Оптикалық шынының диссперсиясын зерттеу . . . 116

VI ӨЗІНДІК ЖҰМЫСҚА АРНАЛҒАН ТАПСЫРМАЛАР

6. 1 Тестік сұрақтар . . . 121

6. 2 Глоссарий . . . 131

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР . . . 135

ҚОСЫМШАЛАР . . . 137

КІРІСПЕ

Толқындық құбылыстар арасындағы тағайындалған тәуелділіктер физикалық заңдылықтар болып табылады. Осы заңдылықтарды ашу нәтижесінде адамзат еңбек құралдарынан бастап атом энергиясына дейін өзіне қызмет көрсететін дәрежеге жетті.

Бұл оқу құралының негізгі мақсаты - жоғарғы оқу орындарының физика, математика, техникалық мамандықтарында кредиттік жүйеде күндізгі және сырттай оқитын студенттерге көмек көрсету. Физика пәнін есеп шығармай, эксперименттер жүргізбей оқыту мүмкін емес. Бұл оқу құралын оқу барысында студенттерге тәжірибелердің демонстрациясын көрсету арқылы және олардың зертханалық жұмыстарды орындау арқылы жүргізілуі тиіс. Толқындық құбылыстарды практикада қолданып қана қоймай, яғни эксперименттік мағлұматтармен шектелмей, сонымен қатар эксперимент нәтижелерін математикалық тұжырымдалған физикалық теория тұрғысынан үйретілуі қажет.

Оқу -әдістемелік құралының негізгі міндеті физикалық теорияны ғылымның қазіргі кезеңдегі жетілуінің, әртүрлі бақылаулар мен тәжірибелердің және де орындалған эксперименттердің нәтижелерінің қорытындысы ретінде көрсету. Сонымен қатар, болашақ маманның негізгі физикалық құбылыстар мен шамаларды математикалық әдістермен өрнектей білуі, физиканың негізгі заңдарын теориялық және практикалық есептерді шығаруға пайдалануды меңгеруі, қажетті ғылыми-техникалық мағлұматты толық игеруі көптеген маңызды мәселелерде ескеріледі.

Оқу құралының алдына қойып отырған мақсатына жету үшін дәрістік және эксперименттік дәрістермен қатар, ұсынылып отырған материалдардың бір бөлігін оқытушының жетекшілігімен және өз бетімен оқып-үйрену қарастырылған.

I ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК ТОЛҚЫНДАР

Электромагниттік жарық шығарудың түйіршігі және толқындық қасиеттері

Жарықтың нақты табиғаты қандай - ол жарық көзі шығаратын электормагниттік толқын ба немесе кеңістікке ұшатын, вакумда с жарық жылдамдығымен таралатын, фотондар ағынын шығаратын, жарық көзі ме? Сырттай қарағанда, жарықтың табиғатына мұндай екі түрлі көзқарас - толқындық (электромагниттік) және кванттық (корпускулалық) бірін-бірі жоққа шығарады. Толқындар мен бөлшектердің біраз белгілері бір-біріне қайшы. Мысалы, қозғалыстағы фотон кеңістіктің бір нүктесінде бола алады, ал таралатын толқынды кеңістікке «жайылған» деп қарау керек және оның кеңістіктің белгілі бір нүктесінде болуы туралы айтуы мүмкін емес. Жарыққа осындай бір жағынан толқындық қажеттілігі, жарықтың табиғаты туралы көзқарасымыздың толық шешілмегендігі туралы ой салады. Кейде, барлық табиғаттағы әр түрлі құбылыстарды жарықтың табиғатына байланысты не кванттық, не толқындық көзқарас негізінде түсіндіруге болады деген ой да тууы мүмкін.

Оптиканың дамуы жарықтың табиғаты күрделі екі жақты екенін, оның табиғаты толқындық және кванттық болатынын сондықтан оның бір толқындық және кванттық қасиеттерін білінетінін керсетеді. Жарықтың екі жақтылық қасиетін оның фотондардың негізгі сипаттамаларын беретін төмендегідей өрнектерден көретіндігінен жақсы байқауға болады

(1)

(1) өрнектерде фотонның корпускулалық сипаттамасы деп алатын үш физикалық шамалар келтірілген. Фотонның осы үш кванттық сипаттамалары жарықтың ең маңызды толқындық сипаттамасы жиілікпен тығыз байланыста екеніне көңіл аударамыз.

Жарықтың қасиетінде байқалатын екі жақтылықта белгілі бір заңдылықтар бар. Ұзын толқын сәуле шығаруда (мысалы, инфрақызыл жарықта) кванттық қасиеттер өте аз білінеді, мұнда негізінен жарықтың толқындық қасиеті басым. Оптикалық құбылыстардың үлкен бір тобы - интерференция, дифракция және поляризация толығымен толқындық оптикамен түсіндіріледі. Алайда, егер электромагниттік толқындар шкаласының бойымен солдан оңға қарай «орын ауыстырса», яғни ұзын толқындардан қысқа толқындарға қарай, онда жарықтың кванттық қасиеті көбірек байқалады. Бұл әсіресе, фотоқұбылыстың қызыл шекарасында және фотохимиялық реакциялар үшін осындай шекарасының болатындығынан байқауға болады. Рентген сәулелерін қарастырғанда, оның дифракциясын байқау үшін, қысқа толқынды рентген сәулелеріне кристалдық торды пайдаланғанда ғана мүмкін болады. Осыған дейін рентген сәулелерінің толқындық табиғаты белгісіз болса, енді оның да құпиясы ашылды.

Демек, жарықтың кванттық және толқындық қасиеттері бір-бірімен тығыз байланыста. Осы байланыстылықты жарықтың мөлдір емес экранның саңылауынан өту мысалы (1-сурет) .

1 - сурет Экран бойынша жарықтың интенсивтілігінің таралуы

Айталық, жарық монохраматтық параллель сәулелер шоғы у өсінің бойымен АВ саңылау арқылы өтсін. Бұл жарықтың екі жақтылық табиғаты туралы көзқарасқа сәйкес, саңылау арқылы бір мезгілде бөлшектер жиыны - фотондар және электромагниттік толқындар өтеді деген сөз. Белгілі, саңылаудан әрі орналасқан СД экранында дифракциялық көрініс пайда болады. Экранның әр нүктесінде жарық интенсивтілігіне пропорционал белгілі бір Е жарықтануы байқалады, 1-суретте экран бойынша жарықтың интенсивтілінің таралуы келтірілген. Мұнда жарықтың интенсивтілігі амплитуда квадратына пропорционал екенін еске түсірсек жетіп жатыр. Демек экранның әр нүктесіндегі амплитудасының квадратына пропорционал, яғни Е ~ А ² . Кванттық көзқарас бойынша, экрандағы дифракциялық көріністің пайда болуы, жарық саңылау арқылы өткенде, кеңістікте фотондардың қайтадан бөлінуі жүреді де, соның нәтижесінде экранның әр нүктелеріне саны әр түрлі фотондар келіп түседі. Экранның берілген нүктесіндегі Е жарыктануы сол нүктеге уақыт бірлігі ішінде жеткен фотондардың энергиясына байланысты. Демек, бұл энергияны жеткізген фотондар саны -ге пропорционал. Олай болса .

Жоғарыда жарықтану үшін алынған екі өрнекті салыстырайық. Олардан шығатыны . Кеңістіктегі кез келген нүктедегі жарық толқынының амплитудасының квадраты, осы нүктеге келіп түсетін фотондар санына пропорционал. Басқаша айтқанда, кеңістіктің берілген нүктесіндегі жарық толқынының амплитудасы квадраты осы нүктеге фотондардың келіп түсу ықтималдығының өлшемі болады. Сонымен, жарықтың толқындық және кванттық қасиеттері бірін-бірі жоққа шығармайды, қайта олар бірін-бірі толықтыра түседі. Бұл екі қасиет жарықтың затпен әсерлесуін және таралуының нақты заңдылықтарын береді. Жарықтың кванттық қасиеттері, жарықтың энергиясы, импульсі және массасы оның бөлшектерінде - фотондарда жинақталатынын білдіреді. Фотондардың кеңістіктің әр түрлі нүктесінде болу ықтималдылығы, олардың толқындық сипатымен - жарық толқынының амплитудасымен анықталады. Осы аталғандардан шығатыны, толқындық қасиет бір мезгілде ұшатын фотондар жиынтығына ғана тән емес, ол әрбір фотонға тән қасиет. Фотонның толқындық қасиеті, жарық саңылаудан өткеннен кейін (1-сурет) экранның дәл қай нүктесіне барып түсетіндігін айту қиын болған кезде білінеді. Демек, жерде тек әр фотонның осы, не басқа нүктеге барып түсу ықтималдылығы турала ғана айтуға болады.

Жарық толқындық және кванттық қасиеттерінің арасындағы осындай байланыстылықпен түсіндіруді Эйнштейн ұсынған болатын. Демек, бұл осы заманғы физиканың дамуында аса маңызды роль атқарады.

1. 2 Есеп шығару мысалдары

1. Ұзындығы 1 мм шыны пластинаға 500 штрих салынған. Осыған толқын ұзындығы 5, 9 10 ^-7 м жарық түседі. Осы дифракциялық тордың әсерінен пайда болатын спектрдің ең үлкен ретін табыңыз.

Берілгені: а = 1 мм; n = 500; = 5, 9 10 ^-7 м.

Табу керек:

Шешімі: формуласын пайдаланамыз, мұндағы болғандықтан, теңдеу былай өзгереді: . Спектрдің ең үлкен реті болғанда пайда болады. Демек,

2. Дифракция көрінісінен Юнг тәжірибесінде саңылаулардың ара қашықтығы d = 0, 007 мм, ал қос саңылау мен экранның ара қашықтығы D = 2 м, аспапқа жасыл жарық түсіргенде көршілес дифракциялық ашық жолақтардың ара қашықтығы = 16 мм болып шықты. Осы мәліметтер бойынша толқын ұзындығын анықтау керек.

Берілгені: d = 0, 007 мм; D = 2м; = 16мм.

Табу керек: .

Шешімі: Көршілес екі дифракциялық жолақтардың ара қашықтығы үшін формуланы қолдана отырып, келесі нәтижеге алынады:

3. Дифракциялық тордың 1 мм -де 100 штрих бар. Дифракциялық тордың периоды қандай?

Берілгені: а = 1 мм; n =100.

Табу керек: d .

Шешімі: Дифракциялық тордың периоды берілген а қашықтығында мына қатынаспен анықталады:

4. Жарықтың нүктелік көзі ( = 600 нм) радиусы мм дөңгелек саңылаулы диафрагма алдында орналасқан. Егер саңылау Френельдің бес зонасын ашса және диафрагмадан бақылау нүктесіне дейінгі қашықтық болса, көзден диафрагмаға дейінгі а қашықтығын анықтаңыз.

Берілгені: = 600 нм (6 10 ^-7 м) ; = 2 мм (2 10 ^-3 м) ; ;

т = 5.

Табу керек: а .

Шешімі: Френельдің m зоналары дөңгелек саңылау жазықтығының толқындық бетінің ашық бөлігінде кемісін делік. Онда экрандағы бақылау нүкесінен саңылау шетіне дейінгі қашықтық болады (2-суретті қара) .

2 - сурет Френель зоналары

Пифагор теоремасы бойынша: мұндағы

х = АВ. және екендігін ескерсек өрнегін алынады ( бөлшегін ескермейміз) . SAN үшбұрышын өрнектегі х үшін есептелетін, екінші ретті бөлшекті ескермей көзден диафрагмаға дейінгі ара қашықтықты алынады: =2, 4 м.

6. Нүктелік жарық көзімен ( = 0, 50 мкм) экран арасына радиусы r = 1 мм болатын дөңгелек тесігі бар диафрагма қойылған. Диафрагмадан жарық көзіне және экранға дейінгі қашықтықтар R=1м , r=2м диафрагманы алып тастағанда тесіктің ортасына сәйкес, Р нүктесінің жарықтануы қалай өзгереді?

Берілгені: r = 1 мм (1-10 ^-3 м) ; r ₀ =2м; R = 1м.

Табу керек: I .

Шешімі: экранның Р нүктесіндегі, жарықтану шамасы, яғни жарықтың интенсивтілігі диафрагманың тесігіне сиятын Френель зоналарының санына байланысты.

Егер зона саны жұп болса, Р нүктесіне қара дақ, ал зона саны тақ болса, жарық дақ пайда болады. Сондықтан (1) өрнектІ пайдаланып, Р _к шамасы диафрагма тесігінің г радиусына тең екендігін ескеріп, зона санын табылады

Демек, бұдан Р нүктесінде жарық дақ болатынын көреміз. Есепте қойылған сұраққа жауап беру үшін мына жағдайларға тоқталамыз. Саңылауды шексіз үлкейтсек (яғни бұл толқынның таралу жолынан диафрагманы алып тастау деген сөз), онда барлық толқынның әсері. Френельдің бірінші зонасынан болатын тербеліс амплитудасының жартысына тең болады . Демек, Р нүктесіндегі жарықтың тербеліс амплитудасы екі есе азаяды. Ендеше I интенсивтілігі А амплитудасының квадратына пропорционал , болғандықтан, Р нүктесіндегі жарықтанудың шамасы 4 есе азаяды.

II МОНОХРОМАТ ТОЛҚЫНДАР ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ЭКСПЕРИМЕНТ ТҮРІНДЕ ОРЫНДАЛУЫ

2. 1 1-зертханалық жұмыс

Малюс заңының зертелуі және фазалық пластина арқылы поляризациялық жарықтың өтуі

Жұмыстың мақсаты: Малюс заңын тексеру және фазалық пластина арқылы өтетін полярланған жарыққа талдау жасау.

Құрал-жабдықтар: РМС-З құрылғысы.

Теориялық мәлімет

Жарықтың электромагниттік теориясы бойынша, жарық толқыны көлденең, яғни вектор болып табылады: Электр өрісінің кернеуі , магниттік өрістің кернеуі және толқындық вектор өзара перпендикуляр. Қарапайым көздерден шығатын жарықта көптеген толқын иірімдерінен тұрады, онда жарық толқыны көлденең жарыққа бағытталады. Мұндай жарық табиғи немесе поляризацияланбаған деп аталады.

Жарық векторы тербелістерінің бағыты қалай да тәртіппен бағытталса, онда мұндай жарық поляризацияланған деп аталады. Поляризацияланған жарықты алатын процесс поляризация деп аталады . Егер вектор тербелісі бір жазықтықта пайда болса онда жарық жазық поляризацияланған (немесе сызықты поляризазияланған) деп есептеледі. Жарықтың вектор тербелісінің Е , өз бағыты болса бөліктенген поляризация деп атайды. Вектор кернеулігі электр өрісіндегі және толқындық вектор k жазықтықта жатса тербеліс жазықтығы немесе поляризация жазықтығы деп аталады. Жарық поляризациясы жарық шағылғанда, сынғанда және анизотропты заттар арқылы өткенде байқалады. Поляризацияланған жарықты алатын кез-келген құрылғы физикалық эффектке тәуелсіз поляризациялатқыш деп аталады.

Визуалды поляризацияланған жарықты, поляризацияланбаған жарықтан айыруға болмайды Поляризацияланған жазықтықты зерттеу анализатор деп аталатын құрылғы арқылы жүзеге асырылады.

2. 2 Жарықтың эллипстік поляризациясы

Поляризацияланған сәулелену ортақ жағдайда элиптік поляризациядан тұрады. Осыған байланысты жарық толқынының Е ортогоналды компоненттері алынған координаттар жүйесінде ( Z осі жарық таралуына параллель ) теңдеу мына түрде жазылады:

(2)

(3)

Тербелістердің ортогоналдық түрлерін (2) және (3) қоссақ, XY жазықтығында эллипстің проекциялық бейнесін береді. Эллипс формасы параметрлермен анықталады:

-фаза айырмашылығы (4)

- амплитуда қатынасы (5)

Мұндай терминалогия толық қабылданбаған. Кейбір оқулықтарда поляризацияланған жазықтық деп, магниттік векторы В (яғни вектор тербелісі Е жазықтыққа перпендикуляр) бар жазықтықты айтады. Егер , π нолге тең болса, эллипс түзу түрінде туады және сызықты поляризацияланған жарық пайда болады. Егер δ=π/2 және толқын жиынының амплитудасы тең болса, эллипс шеңберге айналады- яғни шеңбер бойымен поляризацияланған жарық пайда болады.

Е векторы айналу бағытына байланысты эллиптік поляризацияның оң және теріс екенін айырады. Оң бұранда ережесімен айналса поляризация оң деп аталады, қарама - қарсы жағдайда - теріс болады. Эллипс формасын түсіндіру үшін, геометриялық интерпретацияға ие бола алатын басқа параметрлерді қолдануға болады (3-сурет) . χ - азимут таңдап алынған координат жүйесіндегі эллипстік үлкен жартылай остегі ориентациясы.

tgγ = b/а - эллиптілік жартылай остегі эллипс теңдеуінен таңдап алынған жарты ості эллипс

3 - сурет. Е векторында айналу бағыты

ψ, δ жәнеχ, γ параметрлер арасындағы байланыс мынадай формулалармен беріледі:

(6)

(7)

(8)

(9)

Екі жұп параметрлерінің және олардың арасындағы қатыс маңызды практикалық мәні эллипстік поляризациясының көрінісін береді. Параметрлер арқылы өлшенетін көптеген өлшенетін схема шамалары. χ және γ, интерпретация өлшеу нәтижесінде, ал физикалық интерпретацияның нәтижесінде ψ және δ параметрлері неғұрлым ыңғайлы (мысалы, өлшеу нәтижелерін өңдеу үшін обьектің математикалық моделін Френель заңдарымен формулаларын қолдану арқылы жүзеге асырады) .

2. 3 Малюс заңы

Жарық өз жолында поляризатор мен анализатор арқылы өтсін, ал поляризациялық жазықтық арасындағы бұрыш φ тең (3, 4 - сурет) .

4 - сурет. Кеңістіктегі поляризация

Поляризатордан соң жарық шығады, интенсивтілігі I _0. Малюс заңына байланысты анализатордан соң жарық алынады, оның интенсивтілігі мынадай теңдеумен анықталады:

Теңдеудің дұрыстығына көз жеткізу қиын емес, егер де интенсивтік амплитуда Е квадратына пропорционал екенін еске түсірсек.

Егер жартылай полярланған жарықты анализатор арқылы өткізсек, онда өтетін жарықтың интенсивтілігі I анализатор поляризациялық жазықтықтың орналасуына байланысты өзгереді. Егер анализатор жазықтығының поляризациясы және өздік тербелістердің бөліктенген полярлық жарығы сәйкес келсе, максималды мәнге жетеді. Егер осы жазықтықтар бір-біріне препендикуляр болса жарық интенсивтілігі анализатор арқылы өтетін минималды мәнге ие болады.

2. 4 2-зертханалық жұмыс: Кристалдық тор арқылы жазық поляризацияланған жарықтың өтуі

Мөлдір кристалл арқылы жарықтың өтуіне байланысты екі еселенген сәуле сынуын байқауға болады, яғни кристалға бағытталған сәуле кристалл ішінде екі сәулеге бөлінеді-жай және ерекше. Зерттеулердің көрсеткендей, бұл сәулелер толығымен поляризацияланған перпендикуляр бағытта, кристалдың остерімен байланысты. Кристалдың оптикалық осі деп кейбір бөлінген бағыттарды айтады, кристалдың симметриялық қасиетіне байланысты.

5 - сурет. Оптикалық остен қиылып алынған кристалдық тор

Сызықтық полярлық жарықтың мұндай пластинаға түсуі жай және ерекше сәулелер түсуі жай және ерекше сәулелердің бір траекторияда бөлінуі, әр түрлі фазаға ие болады, сыну көрсеткішінің мәні әр турлі болады. Егер пластина қалыңдығы, одан өтетін сәулелер оптикалық жүру жолының айырмашылығы , мұнда (т = 0, 1, 2 . . . ), онда фаза айырымы π/2 . Егер δ = π/2 және электр тербелісінің амплитудасы поляризацияланған жарықтың екі сәулесінде де тең болса шеңбер болады. Мұндай пластина алтыдан бір толқындық пластина деп аталады (5 - сурет) . Мынандай теңдікке байланысты жарты толқындық пластина деп аталады. Ол фазалар айырымын алып жүреді, ол π-ге тең және өтетін жарық бұл жағдайда сызықтық полярлы болады.

Эксперименталды қондырғының сипаттамасы

Жұмыстың бір бөлімінде (Малюс заңының зерттелуіне байланысты) жартылай өткізгішті лазер, анализатор мен фотоқабылдағышты. құрайды

Жұмыста диафрагмасында дихрондық поляризатор бар лазер қолданылады, соған байланысты шығатын сәулелену сызықты поляризацияланған болады, ал интенсивтілігі I ₀ Малюс заңына байланысты болады.

φ бұрышы анализатор айналғанда өзгереді. Жарық анализатор арқылы өтетін интенсивтілігі I фотоқабылдағышқа келіп түседі (фотодиод), мультиметр көрсеткіші жарық ағынына пропорционал фотодиодқа түсетін.

Мультиметр көрсеткішін ток өлшемі режиміне байланысты алу керек, яғни нәтиже сипаттамасы сызықты болып келеді. Жұмыстың екінші бөлімінде лазер мен анализатор арасында фазалық пластинка слюдадан жасалған пайда болады.

6 - суретте РМС1 құрылғысының сыртқы сұлбасы келтірілген. Аналогиялық оптикалық сұлбасы РМС7 құрылғысында жиналады.

6 - сурет. Құрылғының сыртқы сұлбасы

Жұмыстың орындалу реті

I Малюс заңының зерттелуі

1Ток өлшемі I режимінде мультиметрді орнату керек, мА және анализатор айналымы шығуы максималды болғанда орнату керек. Мультиметрге керекті өлшеу шегін қою керек, онда индикация күші болмайды.

2Лазер сәулесін оптикалық көрінбейтін материалмен жабады және фотоқабылдағыштың қараңғы тоғын I _T өлшейді. Анализаторды φ = 0° болатын жағдайда орнату керек. Мультиметрдің көрсеткішін ток өлшемі режимінде I , мА алу керек. Содан кейін анализаторды аударып 10° арқылы I үшін 1- кестені толтыру керек.

1-кесте

Бұрышы φ: Бұрышы φ

0: 0

10: 10

20: 20

30: 30

40: 40

…: …

320: 320

330: 330

340: 340

350: 350