马吕斯定律的验证.docx

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马吕斯定律的验证

sutschoolofscience

2011

马吕斯定律的验证

——2010-2011年sut物理系光学自主实验

何军

sut物理系应用物理0901班

马吕斯定律的验证

前言：

如果有人问你，光的本质是什么，也许你在高中时候就可以轻松回答这个问题——光是一种电磁波。

如果我再追问你，光是横波还是纵波，有什么现象作为依据，对于光这个生命中最为常见的东西，也许你也发蒙了。

其实，问答上面这个问题很简单。

答案也不是很神秘，而是我们经常听到一个光学现象——光的偏振。

所谓光的偏振，亦即光的波动方向对于传播方向的不对称性。

他是横波区别于纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象。

在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。

凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。

1809年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。

在进一步研究光的简单折射中的偏振时，他发现光在折射时是部分偏振的。

因为惠更斯曾提出过光是一种纵波，而纵波不可能发生这样的偏振，这一发现成为了反对纵波说的有利证据。

本次试验意在验证马吕斯定律，进而对光的横波性质做更深入的了解。

实验目的：

1.理解光的波动性及光的偏正现象；

2.学习偏振光检偏实验中透光强度与偏振夹角的关系；

3.验证马吕斯定律。

实验原理：

1.光的偏振

光是一种横波，亦即光的振动平面和传播方向垂直。

光在波动方向对于传播方向的不对称现象，我们称之为偏振。

天然光在各个方向都有波的振动，从传播方向看来就是一个圆形。

我们常说的偏振光通常指线偏振光，也就是说电场在某个指定方向上振动。

设电场振幅为A，则光强为

2.偏振片

可以使天然光变成偏振光的光学元件叫偏振片。

偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽。

它是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压而成的复合材料。

有黑白和彩色二类，按应用又可分成透射、透反射及反透射三类。

一般用高分子化合物聚乙烯醇薄膜作为基片，再浸染具有强烈二向色性的碘，经硼酸水溶液还原稳定后，再将其单向拉伸4~5倍制成。

拉伸后，碘分子则整齐地被吸附在排列在该薄膜上面，具有起偏或检偏性能。

自然光抑或偏振光，照射到偏振片上面，只有在偏振方向的电场才能通过，其余都被遮蔽了。

3.马吕斯定律

两偏振片的透振方向之间夹角为α，透过起偏器的偏振光振幅为A，则透过检偏器的振幅为

，则

因为探测器检测到的是光强，光强为

可得

易知，当α=0，亦即起偏方向和检偏方向相同时，I取得最大值；当

，亦即起偏方向和检偏方向正交时，

线偏振光发生消光显现，这也是线偏振光区别与部分偏振光的一个特性。

实验步骤：

1.搭建实验平台，固定激光发生器。

2.调整光路。

3.确定基准角。

旋转偏振镜，当接收光功率为0是，记录此刻镜片方位。

4.均匀旋转偏振镜，记录旋转角和相应光功率。

以

作为间隔角度，记录角度和光功率的关系。

数据记录与处理：

记录

1.并没有发现消光现象，亦即未能找到基点角。

2.即时变化偏振角，光功率值不变。

0（未能找到）

10

20

30

……

340

350

360

19.16

19.16

19.16

19.16

19.16

19.16

19.16

19.16

分析处理过程

一、假设偏振镜故障，更换偏振镜，重复前期实验步骤。

得到实验数据相同，排除偏振片故障问题。

二、假设接收器故障，如图，作对比试验。

首先光源直接照射接收器，记录光功率值；然后使用直尺完全挡住光线，记录光功率值。

由现象得出，光功率计接收器发生故障。

实验总结

本次实验，由于器材原因，未能得到实验结果。

但是在实验过程中，我仍然受益匪浅。

一、动手制作能力得到了提高

实验过程中，固定光源始终是个难以操作的问题。

我利用老师提供的载物器，使用了一些简单废品拼接了一个可以调节高度、角度、随用随装的激光夹持装置。

如下图

二、失败原因的分析能力得到了提高

本次实验没能得到预期数据，但是再出现的问题的时候，本着严谨求实的态度，我记录下了失败数据，而非编造理想数据。

在实验数据错误的情况下，认真分析原因，最终找到实验失败原因。

这次实验虽然失败了，但是对我以后的学习研究将起到深刻的影响。