Научные факты о поляризации света
Дневной свет распространяется в виде электромагнитных волн, колеблющихся во всех направлениях трёхмерного пространства.
Поляризационный свет распространяется в двухмерном пространстве, в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Если говорить простым языком: свет, распространяющийся в вертикальном направлении, позволяет глазам воспринимать важную информацию, распознавать цвета и контрасты.
Горизонтально распространяющийся свет, создаёт оптические помехи (блики).
Уже в 1929 году было понятно как осуществлять контроль над светом для уменьшения слепящего блеска. Основатель корпорации Polaroid был первым в мире кто изобрел поляризующие линзы для солнцезащитных очков.
Сегодня, практически все солнцезащитные очки бренда полароид выпускаются с поляризационным фильтром линз.
Где купить настоящие поляризационные очки
Чтобы исключить покупку поддельных поляризационных очков (которых в интернете множество) старайтесь покупать солнцезащитные очки в проверенных интернет-магазинах.
Где купить оригинальные поляризационные очки:
В рунете лидером по продажам оригинальных солнцезащитных очков является Lamoda, в этом интернет-магазине большой выбор оригинальных поляризационных очков (подделками lamoda не торгует).
Где купить дешёвые поляризационные очки:
Если нужны дешёвые очки на один сезон, то бесспорным лидером является сайт АлиЭкспресс.
На сайте АлиЭкспресс есть грандиозный выбор поддельных солнцезащитных очков, вы можете выбирать более чем из 30000 моделей. К примеру, подделки солнцезащитных очков знаменитого бренда Ray Ban на АлиЭкспресс могут стоить 300 рублей.
Перед покупкой солнцезащитных очков бренда Ray Ban обязательно прочитайте следующие статьи:
- Очки ray ban оригинал и подделка;
- Ray-Ban Aviator как отличить оригинал от подделки;
- Ray-Ban Wayfarer как отличить оригинал от подделки».
Преимущества и недостатки очков с поляризацией
Цена на качественные поляризационные очки может быть весьма велика, а покупать дешёвые подделки не имеет смысла.
Давайте разберёмся, стоит ли платить высокую цену за очки с подобным фильтром, или лучше купить качественные солнцезащитные очки с обычным UV фильтром.
Наряду с достоинствами, поляризационные очки имеют и ряд недостатков, которые могут перечеркнуть всю полезность.
Некоторые люди, использующие поляризационные очки, жалуются на постоянные головные боли. Связано это с ношением поляризационных очков или нет? Без медицинского обследования и экспертизы очков, понять причины головных болей — невозможно.
Плюсы очков с поляризацией
- Очки с поляризацией отлично убирают блики и снижают интенсивность света
- При использовании очков с поляризацией увеличивается контрастность
- Поляризационные очки снижают усталость глаз
- Очки с поляризацией просто незаменимы при определенных видах деятельности (вождение автомобиля, рыбалка, катание на лыжах и т.д.)
- Очки с поляризационным фильтром рекомендованы для ношения людям со световой гиперчувствительностью
Минусы очков с поляризацией
- Цена очков с поляризацией значительно выше обычных солнцезащитных
- Поляризационные очки снижают читаемость дорожных знаков (ослабляют отражённый свет), габаритных огней и стоп-сигналов
- Очки с поляризацией затрудняют просмотр информации (затемняют изображение) на жидкокристаллическом дисплее (мобильный телефон с ЖК дисплеем, GPS навигатор, планшет и т.д.)
Два способа определить наличие поляризационного фильтра в солнцезащитных очках
Поляризационный фильтр — это тонкая пленка, которая содержится в линзе ваших очков, от качества линз, зависит и срок службы фильтра.
Поляризационный слой (поляризационная пленка, поляризационный фильтр) в оригинальных стеклянных линзах очков ray ban запаян между двумя внешними линзами (подробнее про линзы ray ban), такой фильтр служит на протяжении всей жизни очков.
Запатентованные поликарбонатные линзы Oakley имеют поляризационный фильтр на молекулярном уровне поликарбоната (по сути, вся линза является толстой поляризационной пленкой).
Недорогие очки Polaroid, так же имеют свою технологию производства линз с поляризацией, про линзы полароид, читайте по ссылке.
В подделках знаменитых брендов и дешевых очках, используют фильтр в виде тонкой пленки на поверхности линзы, который со временем стирается и поляризационный эффект пропадает.
Определить при покупке солнцезащитных очков наличие в линзах поляризационного фильтра очень просто! Для этого есть два простых способа.
Первый тест поляризационного фильтра.
Попросите у продавца еще одну пару поляризованных очков и совместите их линза к линзе.
Поверните одни очки под 90 градусов относительно других и посмотрите на просвет (ось поворота должна проходит через центры линз).
Если очки имеют поляризацию, то просвет в линзах станет тёмный, если линзы без фильтра, то ничего не изменится.
Второй тест поляризационного фильтра.
Взять поляризованные очки, посмотреть на любой жидкокристаллический монитор (дисплей сотового телефона или монитор платёжного терминала) и повернуть очки на 90 градусов относительно монитора.
Если линзы очков имеют фильтр, то изображение потемнеет или станет совсем тёмным. Если очки простые, то ничего не изменится.
Данный тест работает исключительно с жидкокристаллическими экранами.
Где ещё используют поляризационные фильтры?
Применение поляризационного света и поляризационных фильтров в повседневной жизни намного шире, чем просто использовании в солнцезащитных очках.
Вот несколько бытовых примеров, которые многие люди используют у себя дома и не задумываются о том, что это поляризация.
3D очки — очки для просмотра фильмов с эффектом 3D, работают на поляризационном разделении изображения.
Работает всё очень просто, видимое изображение (на экране телевизора) делится на стереопары (на два отдельных изображения), которые имеют разную поляризацию (к примеру, левое изображение имеет вертикальную поляризацию, а правое – горизонтальную).
3D очки также имеют две линзы с разной поляризацией (к примеру, правая линза имеет вертикальную поляризацию, а левая – горизонтальную). Глаза видят каждый своё изображение, а мозг объединяет это всё воедино и создает иллюзию объема.
Поляризационные фильтры для фотоаппаратов — фильтр состоит из 2-х колец, в одном из них находится поляризационный фильтр, вращая который вы настраиваете степень поляризации.
Работает он так же как и в солнцезащитных очках, ваши снимки будут получаться более насыщенными. К примеру, если снимаете пейзаж, то облака будут более контрастно выделяться на фоне синего неба, а растительность будет смотреться более сочно.
Электронная библиотека
В световой (электромагнитной) волне колеблются векторы Е и Н (Е – напряженность электрического поля, Н – напряженность магнитного поля). Как показывает опыт, физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другие действия света вызываются колебаниями электрического вектора. В соответствии с этим мы будем в дальнейшем говорить о световом векторе, подразумевая под ним вектор напряженности электрического поля. О магнитном векторе световой волны мы упоминать почти не будем.
Модуль амплитуды светового вектора мы будем обозначать, буквой А. Соответственно изменение во времени и пространстве светового вектора, будет описываться уравнением:
Здесь k – волновое число, r – расстояние, отсчитываемое вдоль направления распространения световой волны. Для плоской волны, распространяющейся в непоглощающей среде, A= сопst, для сферической волны А убывает как 1/r и т.
При распространении света в веществе. Для подавляющего большинства прозрачных веществ m практически не отличается от единицы. Поэтому можно считать, что
Формула (1. 1) описывает связь оптических свойств вещества с его электрическими свойствами. На первый взгляд, может показаться, что эта формула неверна. Например, для воды e = 81, а n = 1,33. Однако надо иметь в виду, что значение e = 81 получено из электростатических измерений. В быстропеременных электрических полях значение e получается иным, причем оно зависит от частоты колебаний поля. Этим объясняется дисперсия света, т. зависимость показателя преломления (или скорости света) от частоты (или длины волны). Подстановка в формулу (4. 1) значения e, полученного для соответствующей частоты, приводит к правильному значению n.
Значения показателя преломления характеризуют оптическую плотность среды. Среда с большим n называется оптически более плотной, чем среда с меньшим n. Соответственно среда с меньшим n называется оптически менее плотной, чем среда с большим n.
Длина волны в вакууме равна:
Таким образом, связь длины световой волны в среде с показателем преломления n с длиной волны в вакууме описывается соотношением:
Частоты видимого света лежат в пределах n = (0,39 ¸ 0,75)·10 15 Гц, соответствующий диапазон длин волн l находится в области от 0,76 до 0,4 мкм. Свет с различными длинами волн воспринимается человеческим глазом как свет разных цветов, причем, самые коротковолновые имеют фиолетовый цвет, наибольшую длину волны имеет красный цвет. Соответственно наибольшая частота у фиолетового, наименьшая частота у красного света (таблица 1).
Поляризованная световая волна
Свет — это волна электромагнитного излучения, т. возмущение электрического и магнитного поля, перемещающегося в пространстве. Для простоты мы будем говорить о монохроматическом свете, то есть о гармонической волне с определенной частотой и длиной волны.
Итак, поляризация света описывает направление колебаний вектора электрического поля.
Поляризованная волна (от англ. polarized wave) — волна, электрическое поле которой колеблется в одной плоскости.
Рис. Поляризованная волна
Волна, показанная на рис. 1, колеблется в вертикальном направлении. Направление колебаний поляризованной волны называется направлением поляризации. Это направление может быть любым — волна может колебаться вертикально (рис. b), горизонтально (рис. a) или под определенным углом (рис.
Рис. Волны с различными направлениями поляризации
Неполяризованная волна
Не все волны поляризованы. В некоторых волнах направление электрического поля хаотично меняется от места к месту. Такая волна называется неполяризованной (рис.
Рис. Неполяризованная волна
Такова природа света, излучаемого нагретым металлом, например, вольфрамовой нитью обычной лампочки. Свет, излучаемый светящимся атомарным газом, например, неоновой лампой (светятся атомы неона) или пламенем газовой горелки с соляным раствором (светятся атомы натрия), также неполяризован.
Используя последний пример, мы объясним, почему эти волны неполяризованы. В результате нагревания тела атомы начинают вибрировать и светиться, чтобы избавиться от избытка энергии. Направления колебаний этих атомов случайны, и поэтому направление электрического поля излучаемой электромагнитной волны также изменяется случайным образом. На рис. 4 мы видим три атома, которые являются источником волн с разной поляризацией. Результатом их объединения является неполяризованная волна.
Рис. Колеблющиеся атомы являются источником волн с различной поляризацией
Разложение любой волны на две поляризованные волны
Каждая волна может быть разложена на две поляризованные волны с произвольно выбранными перпендикулярными направлениями электрического поля. Это следует из простого факта: каждый вектор на плоскости может быть представлен как сумма двух векторов, перпендикулярных друг другу. Это относится как к поляризованным, так и к неполяризованным волнам.
Такое разложение поляризованной волны с «любым» направлением поляризации на волну с вертикальным электрическим полем (зеленая волна) и горизонтальным электрическим полем (красная волна) показано на рис.
Рис. Разложение поляризованной волны с «любым» направлением поляризации на волну с вертикальным электрическим полем (зеленая волна) и горизонтальным электрическим полем (красная волна)
Поляризатор
Поляризатор — это устройство, которое из падающего неполяризованного света пропускает только те электромагнитные волны, электрический вектор которых лежит в направлении, заданном поляризатором.
Система, называемая поляризатором, работает следующим образом. У него есть определенная направленность. На рис. 6 это горизонтальное направление.
- Если на поляризатор падает поляризованная волна, в которой направление электрического поля совпадает с направлением выделенной волны, то она проходит через него без изменения амплитуды (рис. 6. a).
- Если на него падает поляризованная волна, в которой направление электрического поля перпендикулярно выделенному направлению, то она вообще не проходит (рис. 6. b).
- Если на него падает поляризованная волна, у которой направление поляризации образует ненулевой угол с выделяемым направлением, то проходит только ее составляющая вдоль выделяемого направления (рис. 6. c и 6. d). Пройдя через него, волна, очевидно, становится поляризованной.
- Если на поляризатор падает неполяризованная волна, то через него проходит только ее составляющая вдоль выделенного направления. Очевидно, что это поляризованная волна. Таким образом, поляризатор преобразует неполяризованную волну в поляризованную.
Рис. Через поляризатор проходит только составляющая напряженности электрического поля в выделенном направлении — здесь горизонтальном.
В настоящее время для поляризации света обычно используются специальные пластиковые пленки, называемые поляризационными фильтрами. Такие пленки используются в компьютерных мониторах.
Поляризационный фильтр (от англ. polarizing filter) — широко известен как поляроид; прозрачная пластина или пленка, которая действует как поляризатор, т. устройство, которое из падающего неполяризованного света пропускает только те электромагнитные волны, электрический вектор которых лежит в направлении, указанном поляризатором.
Частично поляризованный свет
Есть и другая возможность. Электрические поля световой волны принимают все возможные направления, но вероятность их возникновения неодинакова. Для определенного направления он наибольший, а для перпендикулярного ему направления — наименьший. Когда мы исследуем такой свет с помощью вращающегося поляризатора, мы получаем результат, показанный на рис. Мы говорим о таком свете, что он частично поляризован.
Рис. График зависимости интенсивности света от угла поворота поляризатора, полученный при испытании частично поляризованного света.
Поляризация света при отражении
В повседневной жизни мы постоянно наблюдаем прохождение света через стеклопакеты. Мы видим, что обычно свет попадает в стекло и отражается от его поверхности одновременно. Однако оказалось, что при правильном выборе источника света и угла наклона свет может вообще не отражаться. Это определяется поляризацией световой волны.
Предположим, что луч поляризованного света падает на поверхность двух сред под углом α ≠ 0⁰. Плоскость, содержащая падающий луч и нормаль, называется плоскостью падения. На рисунке 8 эта плоскость обозначена синим цветом.
Когда мы рассматриваем падение поляризованного света на поверхность, то должны различать два основных случая. Они показаны на рис. В обоих случаях луч света движется по прямой линии x:
- a. Электрическое поле (красные векторы) электромагнитной волны перпендикулярно плоскости падения (синяя плоскость),
- b. Электрическое поле E гармонической электромагнитной волны параллельно плоскости падения (красные векторы лежат на синей плоскости). Затем это поле образует угол α с границей среды. Этот угол также лежит в плоскости падения (синяя плоскость).
Рис. Волна, падающая на поверхность
Было исследовано, как зависит величина электрического поля отраженного света от угла падения для вещества с показателем преломления n в этих ситуациях. На рис. 9 показано отношение величины амплитуды электрического поля отраженного света к амплитуде падающего света E0 при прохождении света из воздуха в среду с показателем преломления n=1,5 в зависимости от угла падения. Таким материалом является, например, стекло.
Рис. Отношение величины амплитуды электрического поля отраженного света к амплитуде падающего света в зависимости от угла падения.
Синяя кривая соответствует поляризации (a) на рис. Для перпендикулярного падения, т. α = 0⁰, отношение E/E0 равно 0,2. По мере увеличения угла α увеличивается величина E/E0. Это означает, что все большая часть падающего света отражается, а не преломляется. Отношение E/E0 достигает 1 при значениях угла α, приближающихся к 90°. Тогда весь свет отражается.
Красная кривая соответствует поляризации (b) на рис. Для α = 0⁰, т. света, падающего перпендикулярно поверхности, отношение E/E0 равно 0,2. Тогда нет никакой разницы между случаем (a) и случаем (b). По мере увеличения угла α величина E/E0 первоначально вообще не увеличивается, а наоборот уменьшается. Свет отражается все меньше и меньше. Величина E/E0 достигает нуля для определенного угла. Этот угол αB называется углом Брюстера. Он зависит от показателя преломления вещества. Для n = 1,5 он равен αB = 56,3°. Для углов, превышающих αB, отношение E/E0 увеличивается и приближается к единице при значениях угла α, приближающихся к 90°. Тогда весь свет ведет себя как в случае (a).
Угол Брюстера удовлетворяет простому соотношению tg αB = n.
Полная поляризация света при отражении
Рассмотрим далее, что произойдет, если неполяризованный свет, например, от обычной лампочки, будет падать на стекло под углом Брюстера. Такая волна может быть разложена на две поляризованные волны с перпендикулярными направлениями электрического поля, одна типа (a) и другая типа (b).
Каждая волна может быть разложена на две поляризованные волны с произвольно выбранными перпендикулярными направлениями электрического поля. Это вытекает из простого факта: каждый вектор на плоскости может быть представлен как сумма двух векторов, перпендикулярных друг другу (рис. 10). Это справедливо как для поляризованной, так и для неполяризованной волны.
Рис. Разложение вектора электрического поля на два перпендикулярных направления
В случае неполяризованной волны, когда мы разложим ее на составляющие, окажется, что волна (a) будет частично отражена (синяя кривая на рис. ), а волна (b) не будет отражена вообще, но полностью проникнет в стекло (красная кривая на рис. Таким образом, отраженный свет будет содержать только один компонент, т. он будет полностью поляризован, с направлением электрического поля, как на рис.
Частичная поляризация света при отражении
Для всех углов α, отличных от αB, в отраженном свете присутствуют обе составляющие: (a) и (b). За исключением α = 0⁰ и α до 90°, компонент (a) в среднем имеет большее значение, чем компонент (b). При вращении поляризатора наблюдаемая интенсивность света изменяется. Для некоторых углов это самый высокий угол, а для других — самый низкий. Однако полного исчезновения интенсивности света не наблюдается. График интенсивности света в зависимости от угла, на который был повернут поляризатор, показан на рис.
Рис. График интенсивности света в зависимости от угла, под которым установлен поляризатор, для углов падения, отличных от угла Брюстера
Мы называем такой свет частично поляризованным.
Типы поляризации
Поляризация подразделяется на различные типы в зависимости от того, как ведут себя направление колебаний электрического поля и его величина.
- Линейная поляризация: направление колебаний электрического поля постоянно, но его величина периодически меняется.
- Круговая поляризация: здесь величина электрического поля постоянна, но направление его колебаний меняется с фиксированной угловой скоростью.
- Эллиптическая поляризация: при этом типе поляризации изменяется как величина электрического поля, так и направление его колебаний.
Название типов поляризации происходит из того факта, что при взгляде спереди вектор электрического поля имеет следующие геометрические формы (см. рисунок 12).
Рис. Типы поляризации света
При линейной поляризации, например, вектор электрического поля движется вдоль линии, тогда как при круговой поляризации он движется вдоль окружности.
Примеры использования поляризации света
Наконец, мы приводим краткий список областей, в которых поляризация света имеет решающее значение. К ним относятся
- жидкокристаллические дисплеи (также называемые ЖК-дисплеи),
- солнцезащитные очки,
- 3D фильмы,
- анализ механических напряжений в прозрачных пластмассах,
- в фотографии.
Урок-лекция по теме «Поляризация света»
- Расширить представление об естественном свете.
- Дать определение явления поляризации света.
- Показать учащимся значимость поперечных свойств света для доказательства электромагнитной природы света.
Воспитательные: Воспитание мировоззренческого мышления.
Развивающие: Развитие самостоятельности мышления, интеллекта, умение систематизировать материал, формулировать выводы по изученному материалу.
- Поляризация света поляроидами фронтально и индивидуально. На столах лабораторное оборудование: поляроиды, лампа, экран.
- Плакат с изображением колебаний векторов и в линейно-поляризованной электромагнитной волне.
- Показ слайдов с помощью информационно-компьютерных технологий.
Основное содержание материала: Определение явления поляризации. Понятие естественного и поляризованного света. Поперечность световых волн. Доказательство электромагнитной природы света. Поляроиды, их применение, поляризатор.
- История открытия поляризации.
- Понятие об естественном и о линейно-поляризованном свете.
- Значение поляризации для доказательства электромагнитной природы света.
- Аналогия колебаний световой волны с механическими колебаниями.
- Поляризация света при отражении и преломлении.
- Оптическая активность вещества и вращение плоскости поляризации.
- Применение явления поляризации.
- Подведение итогов.
Ход урока
На доске записывается тема лекции, объявляется цель, проговаривается структура изложения материала. На доске записаны контрольные вопросы, на которые учащиеся должны ответить после изложения материала учителем. Поляризация – греч. «polos», лат. «polus» – конец оси, полюс.
Учитель: Понятие поляризации света было введено в оптику английским ученым Исааком Ньютоном в 1706 г. и объяснено Джеймсом Клерком Максвеллом. На этапе развития волновой природы света, природа световых волн была неизвестна, хотя накапливались экспериментальные факты в пользу поперечности электромагнитных волн.
Учитель. Выполняя домашнее задание, надо было повторить понятия: электромагнитная волна, поперечная волна, гипотеза Максвелла об электромагнитных волнах, волновой цуг, естественный свет, анизотропия кристалла.
Что представляет собой электромагнитная волна?
Ученик. Электромагнитная волна представляет собой взаимосвязанные колебания векторов напряженности электрического и магнитного полей, перпендикулярных друг к другу и направлению распространения волны.
Что такое поперечная волна?
Поперечная волна – это волна, в которой направление колебаний частиц перпендикулярны направлению распространения волны.
Что представляют собой электромагнитные волны с точки зрения гипотезы Максвелла?
По гипотезе Максвелла электромагнитные волны распространяются в пространстве с конечной скоростью – скоростью света с=3 и являются поперечными.
Что такое волновой цуг?
Волновой цуг – волна, излучаемая отдельным атомом в течение времени, в котором атом находится в возбужденном состоянии: t=с.
Учитель. Что такое естественный свет?
Ученик. Естественный свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов, поэтому световая волна – это набор волновых цугов с беспорядочно меняющейся фазой.
Свет, у которого световой вектор колеблется беспорядочно одновременно во всех направлениях, перпендикулярных лучу, называется естественным.
Что такое анизотропия кристалла?
Анизотропия – это зависимость физических свойств кристалла от направления.
Впервые опыты по поляризации света с исландским шпатом были поставлены голландским ученым Х. Гюйгенсом в 1690 г. Пропуская световой луч сквозь исландский шпат, Гюйгенс открывает поперечную анизотропию светового луча, обусловленную анизотропией свойств кристалла. Это явление было названо двойным лучепреломлением. Если кристалл поворачивать относительно направления первоначального луча, то поворачиваются оба луча после выхода из кристалла. В 1809 году французский инженер Э. Малюс открыл закон, названный его именем. В опытах Малюса свет последовательно пропускался через две одинаковые пластинки из турмалина. Свет направляпся перпендикулярно поверхности кристалла турмалина, вырезанного параллельно оптической оси. При вращении кристалла вокруг оси луча, изменение интенсивности светового луча не происходит. Если на пути луча поставить второй, идентичный первому кристалл турмалина, то интенсивность прошедшего сквозь эти пластинки света, меняется в зависимости от угла α между осями кристаллов согласно закону Малюса:
Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной φ. В продольной волне все направления в плоскости, перпендикулярной лучу, равноправны, поэтому ни закон Малюса, ни двойное лучепреломление не смогли объяснить данное явление с точки зрения продольных волн.
Учитель. На пути солнечного света можно поставить специальное устройство – поляризатор, выделяющее одно из всех направлений колебаний вектора. Свет, у которого направление колебаний вектора строго фиксировано, называется линейно-поляризованным или плоско-поляризованным.
Под поляризацией света понимают выделение из естественного света световых колебаний с определенным направлением электрического вектора.
Эксперимент с двумя поляроидами, лампой, экраном.
Проделаем опыт с двумя одинаковыми прямоугольными пластинками из турмалина, вырезанными из кристалла параллельно его оптической оси. Оптическая ось кристалла – это направление, параллельное плоскости, в которой происходит колебание светового вектора.
Наложим одну пластину на другую так, чтобы их оси совпадали по направлению. Через сложенную пару пропустим узкий пучок света.
Будем вращать одну из пластин, при этом заметим, что яркость светового потока ослабевает и свет гасится, когда пластина повернется на 90°,т. угол между оптическими осями кристаллов составит 90°. При дальнейшем вращении пластинки проходящий световой поток вновь начнет усиливаться и когда пластинка повернется на 180°, интенсивность светового потока вновь станет прежней. Возвращаясь в исходное положение, пучок снова слабеет, проходит через минимум и доходит до прежней интенсивности при возвращении пластины в исходное положение. Таким образом, при повороте пластинки на 360° яркость светового потока, проходящего через обе пластины, два раза достигает «max» и два раза «min».
Учитель: В чем причина изменения яркости светового потока? Отметим, что результат не зависит от того, какой из кристаллов вращается и на каком расстоянии друг от друга они находятся. Проделаем еще раз опыт.
Будем поворачивать первый кристалл вокруг луча.
Наблюдается ли изменение яркости?
Ученик: Нет.
Учитель: Будем поворачивать второй кристалл относительно луча. Что наблюдаем?
Ученик: Видим, что яркость светового потока меняется.
Учитель: Что можно сказать о световой волне, идущей от источника света? Каково ее отличие от волны, прошедшей через первый кристалл?
Ученик: Кристалл турмалина способен пропускать световые колебания только в том случае, когда они направлены определенным образом относительно его оси.
Световая волна, идущая от источника света, является поперечной, первый кристалл, являясь анизотропным, пропускает световые колебания, лежащие в одной определенной плоскости, параллельной оптической оси, поэтому при повороте второго кристалла на 90°, когда угол между оптическими осями составит 90°, световой поток гасится.
Учитель: Действие турмалиновой пластинки заключается в том, что она пропускает колебания, электрический вектор которых параллелен оптической оси. Колебания, вектор которых перпендикулярен оптической оси, поглощаются пластинкой. Явление поляризации доказывает, что свет – поперечная волна. Делаем вывод, что световая волна – это частный случай электромагнитной волны.
Плоскость, в которой происходят световые колебания, после выхода из кристалла, является плоскостью колебаний.
Плоскостью поляризации является плоскость, в которой совершает колебания вектор индукции.
Световая волна, прошедшая первый кристалл, является линейно-поляризованной или плоско-поляризованной.
Запись в тетради: 1) Гипотеза Максвелла:
а) с=— скорость света.
- Световая волна – поперечная волна и является частным случаем электромагнитной волны: ⊥; ⊥
- Плоскость колебаний – плоскость, в которой колеблется вектор напряженности электрического поля, т.е. плоскость, которая параллельна оптической оси кристалла.
- Плоскость поляризации – плоскость, в которой совершает колебания вектор индукции магнитного поля.
- Линейно-поляризованная световая волна – волна, в которой колебания векторов напряженности электрического поля и вектора магнитной индукции В будут происходить в строго определенных направлениях.
- Световой вектор – вектор напряженности электрического поля , применяемый для описания световой волны, т.к. световые ощущения в органах зрения вызывает преимущественно электрическая составляющая электромагнитной волны.
- Поляризация света – выделение из естественного света световых колебаний с определенным направлением электрического вектора.
- Поляризатор – устройство, выделяющее одно из всех направлений колебаний вектора .
- Анализатор – устройство, позволяющее выяснить какова плоскость колебаний света.
- Поляризатор и анализатор – поляроиды- взаимозаменяемы, т.к. их разница заключается в функциях:
- поляризатор выделяет из естественного света пучок с одним направлением колебаний вектора , а анализатор определяет, каково направление колебаний.
- Поляроид – прозрачная пленка, которая может служить поляризатором и анализатором света.
Для лучшего понимания проведем аналогию колебаний световой волны с механическими колебаниями.
Опыт. Если резиновый шнур присоединить к ротору генератора электродвигателя, то шнур будет колебаться во всех направлениях, подобно колебанию вектора напряженности. На пути шнура поставим вертикальную щель.
Ученик: Пройдут только те колебания, направления которых вертикальны и параллельны щели.
Поляризация света наблюдается при явлениях отражениях и преломлениях, т. при падении световой волны на границу раздела сред. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном – параллельные плоскости падения.
Если световая волна распространяется в однородной среде, то поляризации света не происходит. Свет частично поляризуется при отражении от поверхности диэлектрика.
У световой волны, проходящей через растворы сахара, глюкозы, ряда кислот наблюдается поворот плоскости поляризации. Угол поворота пропорционален концентрации вещества в растворе. Такие растворы являются оптически активными. Степень оптической активности у разных веществ различна. Для измерения угла поворота применяют поляриметры. Для всех активных веществ угол поворота плоскости колебаний пропорционален толщине слоя и концентрации раствора.
Запись в тетради:
Оптически активные вещества: сахар, глюкоза, некоторые кислоты.
Угол поворота плоскости колебаний: ,
Поляриметр – прибор для измерения угла поворота плоскости поляризации в оптически активных веществах.
Применение поляризации.
- в пищевой промышленности для определения концентрации раствора, сахара (сахариметры), белков, различных органических кислот;
- в медицине для определения концентрации сахара в крови по углу поворота плоскости поляризации;
- при оформление витрин, театральных декораций;
- при фотографировании для устранения бликов при помощи поляризационных фильтров;
- в геофизике – при изучении свойств облаков при определении характеристик поляризации света, рассеянного облаками.
- В космических исследованиях – при фотографировании туманностей в поляризованном свете исследуют структуру магнитных полей.
- В автотранспорте – для защиты водителей от слепящего действия фар встречных автомашин.
- В машиностроении использование фотоупругого метода – изучение напряжений, возникающих в деталях машин.
Краткие итоги подводим, отвечая на вопросы (слайд)
- Какое свойство световых волн доказано с помощью явления поляризации?
- Что называют поляризацией?
- Что представляет излучение отдельного атома?
- Что представляет собой естественный свет?
- Почему явление поляризации света доказывает, что свет является частным случаем электромагнитной волны?
- Свет, отраженный от поверхности воды, частично поляризован. Как убедиться в этом, применяя поляроид?
Учитель: С каким свойством световых волн вы познакомились на уроке?
На уроке мы познакомились со свойством световых волн –поляризацией. Поляризация световых волн при прохождении света через анизотропные среды – кристаллы экспериментально доказывает поперечность световых волн.
Световая волна, в которой колебания светового вектора происходят в определенной плоскости, называется поляризованной. Свет, создаваемый естественным источником, не поляризован.
- Н.М. Годжаев «Оптика», – Москва: «Высшая школа», 1977.
- Мякишев, А.З. Синяков, Б.А. Слободсков. Физика, Оптика, – Москва: «Высшая школа», 2003.
- А.А. Пинский Физика, 11 кл., – Москва: «Просвещение», 2002.
