На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Работа № 92910


Наименование:


Лабораторка ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА.Электромагнитная природа света. Уравнения Максвелла.

Информация:

Тип работы: Лабораторка. Предмет: Физика. Добавлен: 7.12.2015. Сдан: 2009. Страниц: 35. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Содержание


Часть I
Теоретические основы эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Электромагнитная природа света. Уравнения Максвелла . . . . . . . . . . 3
Поперечность световой волны и поляризация света . . . . . . . . . . . . . . 5
Поляризация при отражении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Прохождение света через анизотропные среды . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Поляризаторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Интерференция поляризованного света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Наведенная анизотропия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Оптическая активность. Вращение плоскости поляризации . . . . . . . 24
Принцип действия и устройство лазера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Часть II
Экспериментальная часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Лабораторная работа «ИЗУЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА» . . . . . . . . .34

Лабораторная работа «ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ
И НЕИЗВЕСТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО
РАСТВОРА ПРИ ПОМОЩИ САХАРИМЕТРА СУ-3» . . . . . . . . . 41

Лабораторная работа «ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ
И НЕИЗВЕСТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО
РАСТВОРА ПРИ ПОМОЩИ ПОЛЯРИМЕТРА СМ-3» . . . . . . . . . 48

Лабораторная работа «ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ
ПОЛЯРИЗАЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ» . . . . . . . . . . . . . . . . . 55


Поляризация света

1. Теоретические основы эксперимента

Электромагнитная природа света. Уравнения Максвелла

Вопрос о природе света всегда представлял собой одну из главных проблем оптики. Исследования в этом направлении привели ко многим крупным открытиям в области физики. В 1861 г. шотландец Джеймс Кларк Максвелл вывел систему уравнений для электромагнитного поля, из которой вытекала возможность существования электромагнитных волн, скорость распространения которых определялась величиной электродинамической константы. Определенное Кольраушем и Вебером значение этой постоянной совпало со скоростью света, измеренной Физо. Это позволило Максвеллу предположить, что свет представляет собой электромагнитную волну.
К концу ХIХ века накопилось много фактов, подтверждающих предположение Максвелла. К их числу относятся: опыты Фарадея, в которых наблюдалось влияние магнитного поля на распространение света в веществе; опыты Лебедева, в которых было измерено световое давление; опыты Герца, в которых было доказано существование электромагнитных волн; эксперименты по взаимодействию света с веществом. Дальнейшие исследования показали, что уравнения Максвелла имеют очень глубокое физическое содержание, далеко выходящее за рамки тех фактов и представлений, на основе которых они были получены. Оказалось, что эти уравнения удовлетворяют условию релятивистской инвариантности, хорошо описывают быстропеременное электромагнитное поле, могут быть положены в основу теории излучения электромагнитных волн движущимися зарядами и теории взаимодействия света и вещества.
В удобной для оптики гауссовой системе единиц уравнения Максвелла для электромагнитного поля в среде, где нет объемных зарядов и токов проводимости, имеют вид

(1.1)


Здесь и - напряженность и индукция электрического поля, и - напряженность и индукция магнитного поля, с - электродинамическая постоянная, равная скорости света в вакууме.
Уравнения (1.1) позволяют вывести замкнутые уравнения для полей и , которые называются волновыми уравнениями:

(1.2)

Решения уравнений (1.2) имеют характер распространяющихся волн любой формы. Но наиболее часто в оптике используются модели плоской и сферической гармонических волн, поскольку во многих случаях свойства оптических источников близки к свойствам этих эталонных волн.
Для плоской гармонической волны, находящейся в момент времени t в точке пространства, определяемой радиусом-вектором , используется тригонометрическая форма записи
, (1.3)

либо комплексная запись

, (1.4)

где - амплитуда волны, ? - круговая частота, - волновой вектор, ? - начальная фаза волны. Величина называется полной фазой волны.
Гармоническая сферическая волна, расходящаяся от точечного источника, может быть представлена в виде

. (1.5)

В такой волне напряженности полей зависят только от одной пространственной переменной - модуля радиуса-вектора.
Геометрическое место одинаковых значений фаз называют волновым фронтом. В плоской волне это плоскость, в сферической - сфера.
Поперечность световой волны и поляризация света

Из уравнений Максвелла (1.1) можно определить взаимную пространственную ориентацию векторов поля плоской световой волны. Векторы напряженности электрического ( ) и магнитного ( ) полей плоской гармонической (монохроматической) волны, распространяющейся в однородной среде или вакууме в произвольном направлении ( ), взаимно перпендикулярны и образуют правовинтовую тройку. Если, например, плоская волна распространяется вдоль оси x (рис.1.1), то компоненты полей в направлении распространения волны отсутствуют, т.е. Ex = Нx = 0. Такая поперечность световой волны лишает ее осевой симметрии относительно волнового вектора из-за наличия выделенных направлений и в плоскости, перпендикулярной .
Для продольных волн, например, акустических, все направления, перпендикулярные линии распространения волн, эквивалентны. Для поперечных электромагнитных волн такой эквивалентности нет, т. к. свойства волн зависят от ориентации векторов напряженностей электрического и магнитного полей. Такая поперечная анизотропия электромагнитных световых волн характеризуется важной характеристикой оптического излучения - поляризацией. Поляризацию световой волны обычно связывают с ориентацией вектора . Предпочтение, которое отдается вектору напряженности электрического поля, связано с тем, что сила, действующая со стороны светового поля на электрический заряд, равна , и в нерелятивистском приближении ( ? << с ) действие магнитного поля много слабее, чем действие электрического.
Как ведет себя ветор по мере распространения плоской гармонической волны? Для ответа на этот вопрос определим траекторию движения конца вектора . Если плоская волна распространяется вдоль оси x (рис.1.1), то в общем случае у нее отличны от нуля компоненты Е y и Еz , каждая их которых изменяется по гармоническому закону:

Введем вспомогательное обозначение j = wt - kx и преобразуем последние выражения следующим образом:

Отсюда

Возводя в квадрат правые и левые части этих уравнений и складывая почленно, найдем


(1.6)

Уравнение (1.6) является уравнением эллипса. Эллипс вписан в прямоугольник, стороны которого параллельны осям y , z и имеют длины 2Е0y и 2Е0 z (рис.1.2, а).




Рис.1.2. Состояния поляризации плоской гармонической
волны

Таким образом, в общем случае при распространении плоской гармонической волны конец вектора в плоскости x = const описывает эллипс. Аналогично ведет себя и вектор напряженности магнитного поля. Такая волна называется эллиптически поляризованной.
В частном случае разность фаз может оказаться равной d = mp , где m = 0, ± 1, ± 2,…, тогда эллипс вырождается в прямую, описываемую уравнением

В этом случае волна является линейно поляризованной ( плоско поляризованной). На рис.1.2, б показаны два возможных направления поляризации, соответствующие d = 0 и d = p . Отметим, что линейная поляризация световой волны представляет наибольший интерес для оптики.
Если Е0y = Е0z и d = (2m + 1)p / 2 , где m = 0, ± 1, ± 2,… , то эллипс вырождается в окружность, а поляризация называется круговой (циркулярной). Поляризацию света принято называть правой, если вектор совершает вращение по часовой стрелке, и левой - при вращении вектора против часовой стрелки при наблюдении навстречу световому лучу. Аналогичная терминология используется и для эллиптической поляризации.
Итак, монохроматическая волна всегда поляризована. Направлением (вектором) поляризации принято называть направление вектора . В случае линейной поляризации плоскость поляризации определяется как плоскость, в которой лежат вектор и волновой вектор .
Первые указания на поперечную анизотропию светового луча были получены в 1690 г. Х. Гюйгенсом при опытах с кристаллами исландского шпата. Само понятие «поляризации света» было введено в оптику в 1704 г. И. Ньютоном, ошибочно полагавшим наличие у луча света «сторон». Объяснение поляризации света было получено в электромагнитной теории, позднее - в квантовой электродинамике.

Классическая физика излучения и поляризация

Как и почему возникает свет? Что является источником электромагнитных световых волн? Почему поляризуется свет? Исчерпывающие ответы на эти вопросы дает только квантовая теория. Тем не менее, классическая волновая теория - достаточно простая и наглядная - дает возможность объяснить многие световые явления, исходя из законов электродинамики. Более того, многие выводы классической волновой оптики находят подтверждение в квантовой теории.




Первоначально излучение электромагнитных волн было продемонстрировано с помощью «вибратора Герца». Вибратор Герца представляет собой пару металлических стержней с шариками на концах, расположенных вдоль одной прямой на небольшом расстоянии друг от друга (рис.1.3). Стержни укреплены на изолирующих подставках и разделены разрядным промежутком. Через высокоиндуктивные дроссели к стержням подводится постоянное высокое напряжение. Между стержнями происходит искровой разряд, при этом вибратор излучает электромагнитную волну. Это излучение регистрируется с помощью аналогичного приемного вибратора. Частота излучения вибратора Герца составляла 107-108 Гц. Частота видимого света на несколько порядков выше: 1014-1015 Гц. Если свет - электромагнитная волна, то возникает вопрос: существуют ли «вибраторы Герца», излучающие свет? Поскольку частота излучения возрастала при уменьшении размеров вибратора, то было сделано предположение, что элементарный источник света обладает чрезвычайно малыми размерами - это атом или молекула.


Классическая модель атома - это пара разноименных зарядов, связанных между собой упругой силой. Один из возможных вариантов такой модели представляет собой точечный положительный заряд +q, расположенный в центре атома («ядро»), а отрицательный заряд -q («электрон») равномерно распределен внутри сферы, охватывающей ядро. Система находится в равновесии, если центр сферы совпадает с ядром (рис.1.4, а). Если же центр сферы смещается относительно ядра (рис.1.4, б), то возникает кулоновская возвращающая сила, пропорциональная величине смещения и стремящаяся вернуть атом в положение равновесия. Таким образам заряды взаимодействуют подобно шарикам, связанным пружинкой (рис.1.4, в).
В классической электродинамике рассматривается решение задачи об излучении пары электрических зарядов +q и ­ q , связанных между собой упругой силой. Такая система называется диполем. Основной характеристикой диполя является дипольный момент, определяемый формулой

, (1.7)
где - радиус-векторы зарядов. Динамика дипольного момента атома описывается уравнением Ньютона. Строгое решение задачи об излучении диполя можно по........


Библиографический список

Ахманов, С.А. Физическая оптика / С.А. Ахманов, С.Ю. Никитин. - М.: Изд. МГУ, 1998.
Матвеев, А.Н. Оптика / А.Н. Матвеев. - М.: Высшая школа, 1985.
Ландсберг, Г.С. Оптика / Г.С. Ландсберг. - М.: Наука, 1976.
Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. - М.: Наука, 1973.
Калитеевский, Н.И. Волновая оптика / Н.И. Калитеевский. - М.: Наука, 1971.
Крауфорд, Ф. Волны. Берклеевский курс физики / Ф. Крауфорд. - М.: Наука, 1974.
Фейнман, Р. Фейнмановские лекции по физике. Т.3-4 / Р. Фейнман, Р. Лейтон, Р. Сэндс. - М.: Мир, 1969.



Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть похожие работы

* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.