BRIUSTERIO KAMPO NUSTATYMAS IR MALIU DĖSNIO PATIKRINIMAS
Studentas:
Dėstytojas:
Pristatymo data: 2004 09
Darbo užduotis. Remiantis visiškuoju vidaus atspindžiu, nustatyti cilindrinio lęšio lūžio rodiklį ir Briusterio kampą. Naudojant lazerio šviesą ir poliaroidą, patikrinti Maliu dėsnį.
Teorinė dalis. Natūraliajai šviesai krintant Briusterio kampu iB (3.6
pav.) į dviejų skaidrių, vienalyčių aplinkų ribą su skirtingais lūžio rodikliais (n1 ir n2), atspindžio šviesa yra tiesiai poliarizuota. Kampo iB
dydį nusako Briusterio dėsnis:
tgiB = n2/n1. (3.7)
Jeigu pirmoji aplinka yra vakuumas (arba oras), tada n1 = 1 ir (3.7)
formulė užrašoma taip:
tgiB = n2 = n. (3.8)
Čia n – antrosios aplinkos lūžio rodiklis.
Sakykime, kad tiesiai poliarizuota šviesa statmenai krinta į poliaroidą
(3.7 pav.), ir jos poliarizacijos plokštuma sudaro ( kampą tarp krintančios į poliaroidą ir perėjusios per jį poliarizacijos plokštumų. Perėjusios pro poliaroidą šviesos intensyvumas I nusakomas Maliu dėsniu:
I = k I0 cos2 (. (3.9)
Čia k – poliaroido skaidrumo koeficientas; I0 – į poliaroidą krintančios šviesos intensyvumas.
Aparatūra ir darbo metodas. Aparatūros principinė schema parodyta 3.8
paveiksle. Čia L – tiesiai poliarizuotos šviesos šaltinis (lazeris); R –
cilindrinis lęšis; P – poliaroidas; F – fotorezistorius; (A –
mikroampermetras; Š – fotorezistoriaus grandinės maitinimo šaltinis.
Aparatūros išdėstymo vaizdas parodytas 3.9 paveiksle. Čia G2 –
fotorezistoriaus grandinės jungiklis, Sr1 ir Sr2 – maketo detalių fiksavimo sraigtai; K – matlankis; M – lazerio maitinimo blokas; G1 – jo jungiklis;
(A – mikroampermetras lazerio srovės stiprumui matuoti; Pot –
potenciometras lazerio srovės stiprumui reguliuoti; N1, N2, N3 ir N4 –
indikatorinės lemputės.
Darbo eiga. 1. Lazerio įjungimas. Rankenėlė “Pot” pasukama iki galo prieš laikrodžio rodyklės judėjimo kryptį. Įjungiame lazerio maitinimo šaltinį (užsidegs lemputė N1). Po 1 – 2 minučių savaime įsijungia aukštos įtampos blokas (įsižiebia lemputė N2), o dar po kurio laiko susižadina lazeris. Lazeriui normaliai veikiant, indikatorinė lemputė N3 nešviečia.
Jai užsidegus, išjungiame jungiklį G1 ir pranešame darbų vadovui.
2. Briusterio kampo matavimas. Jį matuosime naudodamiesi visiškuoju vidaus atspindžiu. Sukdami cilindrinį lęšį apie vertikaliąją ašį, jį orientuojame taip, kad lazerio šviesa kristų iš cilindrinio paviršiaus pusės maždaug statmenai plokščiajam jo paviršiui. Tada, pamažu sukdami lęšį, matlankyje stebime ore lūžusios šviesos pėdsaką. Kai kritimo kampas pasidaro lygus ribiniam kampui ir (3.10 pav.), lūžusios šviesos spindulys išnyksta, lieka atsispindėjęs spindulys. Kaip matyti paveiksle, kampas ( prilygsta dvigubam kritimo kampui. Išmatuojame kampą ( ir apskaičiuojame ir = 0,5 (. Matavimą pakartojame, lęšį sukdami priešinga kryptimi. Apskaičiuojame išmatuotų ribinių kampų aritmetinį vidurkį ir pagal formulę
sin ir = 1/n
(3.10)
– lęšio lūžio rodiklį. Gautąją n vertę įrašę į Briusterio dėsnio formulę, apskaičiuojame Briusterio kampą. Matuodami kampą (, darome absoliutinę paklaidą ((. Todėl, pasinaudoję formule [pic] (3.11)
apskaičiuojame Briusterio kampo didžiausią absoliutinę paklaidą.
3. Maliu dėsnio patikrinimas. Lęšį R orientuojame taip, kad lazerio šviesa statmenai kristų į jo plokščiąjį paviršių (3.8 pav.). Tada poliaroidą P perėjusi šviesa kris į fotorezistoriaus centrą. Įjungiame jungiklį G2. Sukame poliaroidą (kartu sukasi būgnelis su 120-čia padalų)
tol, kol mikroampermetras rodys didžiausio stiprumo fotosrovę. Šiuo atveju kampas ( = 0 (3.7 pav.). Tada, sukdami būgnelį kas 150 (po 5 padalas), registruojame fotosrovės stiprumo vertes. Taip matuodami, būgnelį apsukame
3600 ((m ( m-m0). kampu. Gautus duomenis surašome į 3.1 lentelę.
3.1
lentelė
|Eksperimentiniai duomenys |Teorinės |
| |vertės |
|Būgnel|Būgnel|Būgnelio |Fotorezist| | |
|io |io |posūkio |oriumi |cos|If |
|pradin|vėlesn|kampas |tekančios |( |max(cos|
|ė |ės |(=3 (m, |srovės | |2( |
|padala|padalo|laip. |stiprumas | | |
|m0 |s m | |If, (A | | |
| |4.5 |0° |80 |1 |80.00 |
|4.5 | | | | | |
| |5 |15° |74 |0.9|73.72 |
| | | | |6 | |
| |5.5 |30° |65 |0.8|59.17 |
| | | | |6 | |
| |6 |45° |56 |0.7|39.20 |
| | | | |0 | |
| |6.5. |60° |43 |0.5|20.00 |
| | | | |0 | |
|4.5 | | | | | |
| |7 |75° |30 |0.2|5.00 |
| | | | |5 | |
| |7.5. |90° |22 |0 |0.00 |
| |8 |105° |26 |-0.|5.00 |
| | | | |25 | |
| |8.5. |120° |41 |-0.|20.00 |
| | | | |50 | |
| |9 |135° |59 |-0.|39.20 |
| | | | |70 | |
| |9.5. |150° |70 |-0.|59.17 |
| | | | |86 | |
| |10 |165° |76 |-0.|73.73 |
| | | | |96 | |
| |10.5 |180° |80 |-1 |80.00 |
| |11 |195° |75 |-0.|73.72 |
| | | | |96 | |
| |11.5 |210° |68 |-0.|59.17 |
| | | | |86 | |
| |12 |225° |59 |-0.|39.20 |
| | | | |70 | |
| |0.5 |240° |45 |-0.|20.00 |
| | | | |50 | |
| |1 |255° |31 |-0.|5.00 |
| | | | |25 | |
| |1.5 |270° |23 |0 |0.00 |
| |2 |285° |33 |0.2|5.41 |
| | | | |6 | |
| |2.5 |300° |46 |0.5|20.00 |
| |3 |315° |60 |0.7|40.33 |
| | | | |1 | |
| |3.5 |330° |70 |0.8|60.55 |
| | | | |7 | |
| |4 |345° |76 |0.9|75.27 |
| | | | |7 | |
| |4.5 |360° |80 |1 |80.00 |
Naudodamiesi gautais duomenimis, nubraižome If = f(() grafiką. Toje pačioje koordinačių sistemoje atidedame pagal formulę
If = If max( cos2 (
(3.12)
apskaičiuotas If teorines vertes. Čia Ifmax – didžiausia eksperimentinė fotosrovės stiprumo vertė:
Kritusi šviesa
[pic]
Poliaroidas
Optinės ašies kryptis
3.7 pav.
900
K
LAZERIS
mA
Š
N4
G2
Į elektros tinklą
F
(A
G1
R
P
3.9 pav.
N3
N1
Sr1
M
N2
Pot.
Sr2
F
L
(A
Š
R
P
3.8 pav.
ir
Lazeris
ir
Matlankis
3.10 pav.