Поляризация на светлината - Вълнова и квантова оптика - ЕЛЕКТРОДИНАМИКА - ВСИЧКИ УРОЦИ ПО ФИЗИКА 11КЛАС
Семестър 2
ЕЛЕКТРОДИНАМИКА
5. Вълнова и квантова оптика
УРОК 13/71
Тема. Поляризация на светлината
Целта на урока: да се даде концепцията за поляризацията на светлината и да се обясни от гледна точка на електромагнитната теория.
Вид на урока: комбиниран урок.
Самостоятелна работа № 11 "Вълнова оптика".
Видео фрагменти от филма "Поляризация на светлината".
Учене на нов материал
1. Като поляризирана естествена светлина.
2. Как да получите поляризирана светлина.
3. Приложение на поляризация на светлината.
Затвърдяване на изучения материал
1. Качествени въпроси.
2. Научаване за решаване на проблеми.
ИЗУЧЕТЕ НОВ МАТЕРИАЛ
Светлинната вълна се характеризира с вектор на интензитет и вектор на магнитна индукция, които осцилират във взаимно перпендикулярни равнини. Равнината, в която векторът трепти, се нарича равнина на трептене. Равнината, в която векторът осцилира, се нарича равнина на поляризация.
Отделна молекула или атом излъчва електромагнитна вълна, за която равнината на трептене на векторите е ясно фиксирана. Но всяко светещо тяло се състои от голям брой частици. Излъчването на всяка от тях по никакъв начин не е свързано с излъчването на съседната частица, следователно равнината на векторните трептения във всяка от тях не зависи от съседните частици. В общата радиация, излъчвана от такова тяло, има много различно ориентирани равнини на трептене и амплитудата на векторните трептения във всяка равнина е една и съща.
Такава светлина се нарича естествена или неполяризирана. Примери за неполяризирана светлина могат да бъдат слънчевата радиация, радиацията от лампи с нажежаема жичка, флуоресцентни лампи и др.
Ø Естествена светлина(неполяризирана светлина) - оптично излъчване с бързо и произволно променящи се посоки, силата на електромагнитното поле и всички посоки на трептения, перпендикулярни на светлинните лъчи, са точно вероятностни.
Ако на пътя на естествената светлина се постави поляризатор - устройство, което предава светлинни вълни само в определена равнина на колебания на вектора, тогава в светлината, преминала през поляризатора, колебанията на вектора ще се появят само в тази равнина. Такава светлина се нарича плоско поляризирана или линейно поляризирана.
Ø Поляризацията на светлината е ориентацията на вектора на интензитета на светлинната вълна в равнина, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната по време на взаимодействието на светлината с материята.
Неполяризираната и поляризираната светлина са два отделни случая на частично поляризирана светлина - светлина, при която амплитудата на векторните трептения в различни равнини на трептене не е еднаква.
В края на 17 век е открито, че кристал от исландски шпат раздвоява лъчите светлина, които преминават през него. Това явление се нарича двойно пречупване.
Ако се изреже плоча от кристал турмалин по оптичната му ос, тогава тя ще предава само тези светлинни вълни, чийто вектор на интензитета е успореден на оптичната ос на кристала. С увеличаване на ъгъла между оптичните оси на кристалите интензитетът на светлината, преминаваща през плочите, намалява. Когато осите на кристалите са перпендикулярни една на друга, светлината изобщо няма да премине. В този случай първата пластина функционира като поляризатор, а втората като анализатор. Поляризаторите и анализаторите имат общо наименование - полароиди.
Светлината винаги е частично поляризирана, когато се отразява от повърхността на диелектрик и в случай на пречупванена повърхността му. При отразената вълна векторът е предимно перпендикулярен на равнината на падане, а при падащата вълна той лежи в равнината на падане.
ВЪПРОС КЪМ УЧЕНИЦИТЕ ПО ВРЕМЕ НА ПРЕДСТАВЯНЕТО НА НОВ МАТЕРИАЛ
1. Какъв вид светлина се нарича естествена?
2. Защо естествената светлина винаги е неполяризирана?
3. Каква е разликата между естествената светлина и поляризираната светлина?
4. Какви функции изпълняват полароидите?
5. Каква е целта на използването на поляризирани филтри?
6. За какви цели може да се използва явлението поляризация?
КОНФИГУРАЦИЯ НА ИЗУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛ
1. Защо поляризираните очила намаляват отблясъците? (Обикновените слънчеви очила просто намаляват количеството светлина, навлизащо в очите, но не премахват отблясъците.) Решения. Пряката слънчева светлина не е поляризирана, т.е. колебанията на електрическия вектор на електромагнитната вълна се извършват в равнина, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната, но ориентацията на вектора в тази равнина е хаотична. В случай на отражение от повърхност, светлината се поляризира в равнина, успоредна на тази повърхност, т.е. колебанията на електрическия вектор, както и преди, се извършват в равнина, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната, но сега тя е ориентирана главно успоредно на отразяващата повърхност. Степента на поляризация на светлината при отражение зависи от материала на повърхността и ъгъла, под който светлината пада върху нея. Ако, например, шофирате към слънцето в ранния следобед, тогава светлината, отразена от пътя, която удря очите ви, е предимно поляризирана успоредно на пътя. Очилата Polaroid намаляват отблясъците от пътя, тъй като пропускат само вертикално поляризирана светлина, докато хоризонтално поляризирана светлина, отразена от пътя, абсорбирастъкло и очила.
2. Във всеки случай, могат ли полароидните очила да подобрят способността на рибарите да виждат под вода?
Решения. Риболовът с поляризирани очила също може да намали отблясъците на слънчевата светлина върху повърхността на водата, като същевременно вижда светлината, отразена от рибата. Светлината с поляризация, успоредна на повърхността, се отразява предимно от повърхността на водата. Съответно, светлината, проникваща във водата, има перпендикулярна поляризация, тоест нейният електрически вектор е ориентиран перпендикулярно на електрическия вектор в светлината, отразена от водата. Отразена от рибата, такава светлина може да премине през полароидните очила на рибарите. Следователно рибарят не вижда отблясъците, а вижда рибата. Това разсъждение не е съвсем справедливо, ако рибата е на дълбочина повече от 1,5 м, тъй като на такава дълбочина светлината, разпръсквайки се на малки частици, суспендирани във вода, придобива хоризонтална поляризация.
3. Една сутрин след мразовита нощ погледнете тънките, прозрачни мразовити шарки на прозореца, който гледа към слънчевата страна. Ако шарките вече са започнали да се топят и на перваза на прозореца се е образувала локва, опитайте се да видите отражението на тези шарки в нея. Ще откриете, че те са оградени с цветни ивици. Защо отраженията са оцветени?
КАКВО НАУЧИХМЕ В УРОКА
• Естествена светлина (неполяризирана светлина) - оптично излъчване с бързо и произволно променящи се посоки на напрегнатостта на електромагнитното поле, като всички посоки на трептения, перпендикулярни на светлинните лъчи, са точно вероятностни.
• Поляризацията на светлината е ориентацията на вектора на интензитета на светлинната вълна в равнина, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната по време на взаимодействието на светлината с материята.