2-й семестр
ЕЛЕКТРОДИНАМІКА
5. Хвильова й квантова оптика
УРОК 13/71
Тема. Поляризація світла
Мета уроку: дати поняття про поляризацію світла й пояснити її з погляду електромагнітної теорії.
Тип уроку: комбінований урок.
ПЛАН УРОКУ
Контроль знань | 15 хв. | Самостійна робота № 11 “Хвильова оптика”. |
Демонстрації | 5 хв. | Відео-фрагменти фільму “Поляризація світла”. |
Вивчення нового матеріалу | 20 | 1. Як поляризоване природне світло. 2. Як одержати поляризоване світло. 3. Застосування поляризації світла. |
Закріплення вивченого матеріалу | 5 хв. | 1. Якісні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі. |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Як поляризоване природне світло
Світлова хвиля характеризується вектором напруженості 
й вектором магнітної індукції 
, які здійснюють коливання у взаємно перпендикулярних площинах. Площина, у якій коливається вектор
, називають площиною поляризації.Окремо взяті молекула або атом випромінюють електромагнітну хвилю, для якої площина коливання векторів і є чітко фіксованою. Але будь-яке світне тіло складається з великої кількості частинок. Випромінювання кожної з них ніяк не пов’язане з випромінюванням сусідньої з нею частинки, тому площина коливань вектора в кожній з них не залежить від сусідніх частинок. У сумарному випромінюванні, яке випускає таке тіло, безліч по-різному орієнтованих площин коливань, а амплітуда коливань вектора в будь-якій площині однакова.
Таке світло називається природним, або неполяризованим. Прикладами неполяризованого світла може бути сонячне випромінювання, випромінювання ламп накалювання, ламп денного світла й т. ін.
O Природне світло (неполяризоване світло) – оптичне випромінювання зі швидко й безладно змінюваними напрямками, напруженості електромагнітного поля, причому всі напрямки коливань, перпендикулярні до світлових променів, рівно ймовірнісні.
Якщо на шляху природного світла поставити поляризатор – пристрій, що пропускає світлові хвилі лише в певній площині коливань вектора , то у світлі, що пройшло крізь поляризатор, коливання вектора ‘ будуть відбуватися тільки в цій площині. Таке світло називається пласко поляризованим, або лінійно поляризованим.
O Поляризація світла – це орієнтація вектора напруженості світлової хвилі в площині, перпендикулярній до напрямку поширення хвилі, під час взаємодії світла з речовиною.
Неполяризоване й поляризоване світло – це два окремих випадки частково поляризованого світла – світла, у якого амплітуда коливань вектора в різних площинах коливань неоднакова.
2. Як одержати поляризоване світло
Наприкінці XVII сторіччя було виявлено, що кристал ісландського шпату роздвоює пучки світла, які проходять крізь нього. Це явище одержало назву подвійної променезаломлюваності.
Якщо із кристала турмаліну уздовж його оптичної осі вирізати пластину, то вона буде пропускати лише ті світлові хвилі, вектор напруженості яких паралельний до оптичної осі кристала. У міру збільшення кута між оптичними осями кристалами інтенсивність світла, що проходить крізь пластини, зменшується. Коли осі кристалів установляться перпендикулярно один до одного, світло не пройде зовсім. У цьому випадку перша пластина виконує функції поляризатора, а друга – аналізатора. Поляризатори й аналізатори мають загальну назву – поляроїди.
Світло завжди частково поляризується під час відбиття від поверхні діелектрика й у разі заломлення на його поверхні. У відбитій хвилі вектор переважно перпендикулярний до площини падіння, а в заломленій – лежить у площині падіння.
3. Застосування поляризації світла
Застосування поляризації світла: поляризатори у фотографії (обертаючи поляризатор, обертається площина поляризації, тим самим посилюючи або послабляючи ефект пригнічення відбиття); поляроїди на автотранспорті (для захисту водіїв від осліплення світлом фар зустрічних автомобілів); дія цукромірів (дозволяють вимірювати концентрацію цукру в речовині); поляризоване скло в рідкокристалічних індикаторах і екранах (перегляд стереоскопічних зображень і фільмів).
ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Яке світло називається природним?
2. Чому природне світло завжди неполяризоване?
3. Чим відрізняється природне світло від поляризованого?
4. Які функції виконують поляроїди?
5. З якою метою використовують поляроїдні фільтри?
6. Для яких цілей може бути використане явище поляризації?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1. Чому окуляри з поляризаційними скельцями зменшують відблиски? (Звичайні сонячні окуляри просто зменшують кількість світла, що потрапляє в очі, але не усувають відблисків.) Розв’язання. Пряме сонячне світло не поляризоване, тобто коливання електричного вектора електромагнітної хвилі відбуваються в площині, перпендикулярній до напрямку поширення хвилі, але орієнтація вектора в цій площині хаотична. У разі відбиття від якої-небудь поверхні світло поляризується в площині, паралельній до цієї поверхні, тобто коливання електричного вектора, як і раніше, відбуваються в площині, перпендикулярній до напрямку поширення хвилі, але тепер він орієнтований переважно паралельно до відбивної поверхні. Ступінь поляризації світла під час відбиття залежить від матеріалу поверхні й кута, під яким світло падає на неї. Якщо, наприклад, ви їдете в автомобілі назустріч сонцю на початку другої половини дня, то відбите від дороги світло, що потрапляє вам в очі, переважно поляризоване паралельно до дороги. Поляроїдні окуляри зменшують відблиски від дороги, тому що вони пропускають тільки вертикально поляризоване світло, а відбите від дороги горизонтально поляризоване світло поглинає скло і окулярів.
2. У якому випадку поляроїдні окуляри можуть поліпшити здатність рибалки бачити під водою?
Розв’язання. Рибалка за допомогою поляроїдних окулярів також може послабити відблиски сонячного світла на поверхні води і в той же час бачити світло, відбите від риби. Від поверхні води відбивається переважно світло з поляризацією, паралельною до поверхні. Відповідно світло, що проникає у воду, має перпендикулярну поляризацію, тобто його електричний вектор орієнтований перпендикулярно до електричного вектора у відбитому від води світлі. Відбившись від риби, таке світло може пройти крізь поляроїдні окуляри рибалки. Тому рибалка не бачить відблисків, але бачить рибу. Це міркування не цілком справедливо, якщо риба перебуває на глибині понад 1,5 м, тому що на такій глибині світло, розсіюючись на дрібні зважені у воді частинках, набуває горизонтальної поляризації.
3. Якось уранці після морозної ночі придивіться до тонких, прозорих морозних візерунків на вікні, що виходить на сонячну сторону. Якщо візерунки вже почали підтавати й на підвіконні утворилася калюжа, спробуйте побачити в ній відбиття цих візерунків. Ви виявите, що вони облямовані кольоровими смужками. Чому відбиття виявляються кольоровими?
ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ
– Природне світло (неполяризоване світло) – оптичне випромінювання зі швидко й безладно змінюваними напрямками напруженості електромагнітного поля, причому всі напрямки коливань, перпендикулярні до світлових променів, рівно ймовірнісні.
– Поляризація світла – це орієнтація вектора напруженості світлової хвилі в площині, перпендикулярній до напрямку поширення хвилі, під час взаємодії світла з речовиною.
Домашнє завдання
Підр-1: § 46; підр-2: § 22 (п. 2).
(2 votes, average: 4,50 out of 5)