.RU
Карта сайта

Методические указания к выполнению лабораторных работ по физике оптика - 16

^

Лабораторная Работа №17. ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА НА ГРАНИЦЕ ДВУХ ДИЭЛЕКТРИКОВ


Рассмотрим плоскую электромагнитную волну, падающую на поверхность раздела двух диэлектриков под углом  (рис.17.1).

Рис. 17.1.
В общем случае свет естественный, т.е. ориентировка креста электрического и магнитного векторов меняется от момента к моменту. Однако для любого момента каждый из этих векторов можно разложить на слагающие, направленные в плоскости падения /I/ и перпендикулярно к ней. Колебания, лежащие в плоскости падения, пересекают границу раздела под наибольшим возможным для колебаний данного луча углом, равным углу падения . Колебания, направленные перпендикулярно плоскости падения, идут вдоль границы раздела.
Вследствие этого различия отражение тех и других колебаний будет происходить неодинаково. Колебания, параллельные плоскости раздела, отражаются сильнее, колебания же, происходящие под углом , отражается слабее и сильнее проходят во вторую среду.
Френелем были выведены следующие формулы, дающие амплитуду колебаний отраженных и преломленных лучей в функции амплитуды колебаний падающих лучей и величины углов падения и преломления.
(1)
Здесь ЕP и ES – амплитуды колебаний электрического вектора в падающем луче соответственно в плоскости падения и в плоскости, перпендикулярной к плоскости падения, RP и RS – соответствующие амплитуды колебаний отраженного луча, DP и DS – амплитуды преломленного луча,  и x – углы падения и преломления.
При опытной проверке формул Френеля, равно как и вообще в огромном большинстве экспериментальных исследований, мы имеем дело не с амплитудой световой волны, а с интенсивностью света, пропорциональной квадрату амплитуды. Нас интересует относительное значение интенсивностей, следовательно, коэффициент пропорциональности можно принять равным единице. Тогда получим: интенсивность падающего света , интенсивность отраженного света , интенсивность преломленного света
(2)
Если падающий свет естественный, то , т.е. средние значения обеих слагающих равны. Так как , то следовательно,
. (3)
Эта формула служит для расчета интенсивности отраженного света в функции угла падения . Она представлена на рис.17.2 в виде кривой II. На том же рисунке изображены значения интенсивности отраженного света отдельно для S- компоненты (кривая I) и Р компоненты (кривая III). Показатель преломления принят равным 1,52 (в соответствии с этим углом Брюстера равен 5440.

Рис. 17.2.
Опытная проверка этих соотношений может бить выполнена на любой установке, дающей возможность исследовать интенсивности света, направленного под разными углами (фотометр, соединенный с гониометром). В работе используется фотометр Люммера-Бродхуна, основной частью которого является кубик Люммера R1Р2 (рис.17.3), входящий, как составная часть, во многие другие фотометрические аппараты. Кубик состоит из двух прямоугольных призм, у одной из которых грань, соответствующая гипотенузе, оставлена только в центре, а края сошлифованы. Призмы тщательно приполированы, плотно прижаты друг к другу и ведут себя подобно однородному телу (оптический контакт). Схема фотометра представлена на рис.17.3.

Рис.17.3.
Здесь O1 и O2 – два сравниваемых источника света; S – белый диффузно разбрасывающий свет экран, вполне идентичный с обеих сторон; S1 и S2 – два вспомогательных одинаковых белых экрана; P1P2 – кубик Люммера, L – лупа, позволяющая визировать плоскость раздела кубика и А – глаз наблюдателя. При наблюдении центр кубика освещен лучами, идущими от источника О4, внешняя часть поля освещается лучами от О2, испытавшими полное внутреннее отражение от грани Р1Р2. Если освещенность экрана S с обеих сторон одинакова, то граница между полями исчезнет. Определяя соответственные расстояния O1S и O2S , можно найти отношение сил света источников.

Рис.17.4.
На рис.17.4 показана схема установки. Параллельный пучок света, идущий от осветителя О2, отражается от передней поверхности зеркальной стеклянной пластинки Z (задняя поверхность заматирована и зачернена) и попадает в фотометр. Слева на фотометр падает свет от лампочки О1, свободно перемещающейся вдоль оптической скамьи АВ. Осветитель О2, укрепленный на обычном гониометре вместо коллиматора, может вращаться вместе с диском, снабженным верньером. Зеркальная стеклянная пластинка укреплена на стержне, вращающемся вместе с диском, на котором нанесена круговая шкала, что позволяет непосредственно отсчитывать углы падения света  на пластинку Z.

Измерения

.
Убрав пластинку Z, поворачивают осветитель О2 так, чтобы он находился на продолжении AВ. Перемещая лампочку O1 вдоль скамьи АВ, находят такое ее положение, при котором граница между полями в фотометре исчезнет, и отсчитывают по шкале расстояние между лампочкой O1 и экраном фотометра S. Опыт проделывают несколько раз и берут среднее значение r0. Отсчетным индексом в данной установке является левый край муфты, на которой крепится источник света О1. Если интенсивность света осветителя , а интенсивность света лампочки , то
, (4)
где R – расстояние O2S. Из (4) находим:
. (5)
Закрепив пластинку Z, поворачивают O2 и Z так, чтобы угол падения  света на пластинку был минимальным (10-15°). При этом нужно следить за тем, чтобы отраженный пучок света полностью перекрывал экран фотометра S (см.рис.17.3). Передвигая лампочку O1, добиваются исчезновения границы между полями в фотометре. При этом, очевидно, выполняется следующее равенство:
. (6)
где r1 – расстояние между лампочкой O1 и экраном фотометра S. Воспользовавшись (5), подучим:
. (7)
Постепенно увеличивая угол падения на 5-10°, аналогичным образом проделывают остальные измерения. Затем, положив Iе равным единице, вычерчивают график . Для сравнения находят для тех же углов падения, пользуясь формулой (3). Показатель преломления стекла n берут равным 1.52, угол преломления находят из известного соотношения . Теоретическую кривую наносят на том же графике.
Для исследования отдельно S-и Р- компоненты применяется либо поляризационный фотометр, либо прибор, снабженный дополнительной поляризационной призмой, в работе для этой цели используется поляроид. Сняв экспериментальные кривые и , наносят их на тот же график и сравнивают с теоретическими кривыми.

ЛИТЕРАТУРА.


1. Г.С.Ландсберг, "Оптика", изд.З, 1952.
2. С.Э.Фриш и А.В.Тиморева, "Курс общей физики", т.3, изд.2, 1959.
2014-07-19 18:44
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • © sanaalar.ru
    Образовательные документы для студентов.