Поляризація світла - Хвильова та квантова оптика - ЕЛЕКТРОДИНАМІКА - ВСІ УРОКИ ФІЗИКИ 11КЛАС
2-й семестр
ЕЛЕКТРОДИНАМІКА
5. Хвильова та квантова оптика
УРОК 13/71
Тема. Поляризація світла
Мета уроку: дати поняття про поляризацію світла та пояснити її з погляду електромагнітної теорії.
Тип уроку: комбінований урок.
Самостійна робота № 11 «Хвильова оптика».
Відео-фрагменти фільму "Поляризація світла".
Вивчення нового матеріалу
1. Як поляризоване природне світло.
2. Як отримати поляризоване світло.
3. Застосування поляризації світла.
Закріплення вивченого матеріалу
1. Якісні питання.
2. Вчимося вирішувати завдання.
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
Світлова хвиля характеризується вектором напруженості та вектором магнітної індукції, які здійснюють коливання у взаємно перпендикулярних площинах. Площина, в якій коливається вектор називають площиною коливань. Площина, в якій коливання вектор , називають площиною поляризації.
Окремо взяті молекула або атом випромінюють електромагнітну хвилю, для якої площина коливання векторів є чітко фіксованою. Але будь-яке тіло, що світиться, 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 із 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 чи неполяризованим. Прикладами неполяризованого світла можуть бути сонячне випромінювання, випромінювання ламп розжарювання, ламп денного світла та інших.
Ø Природне світло(неполяризоване світло) - оптичне випромінювання з напрямками, що швидко і безладно змінюються, напруженості електромагнітного поля, причому всі напрямки коливань, перпендикулярні до світлових променів, рівно ймовірнісні.
Якщо на шляху природного світла поставити поляризатор - пристрій, який 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 плоско поляризованим, або лінійно поляризованим.
Ø Поляризація світла - це орієнтація вектора напруженості світлової хвилі в площині, перпендикулярної до напряму поширення хвилі, при взаємодії світла з речовиною.
Неполяризоване і поляризоване світло - це два окремі випадки частково поляризованого світла - світла, у якого амплітуда коливань вектора в різних площинах коливань неоднакова.
Наприкінці XVII століття було виявлено, що кристал ісландського шпату роздвоює пучки світла, що проходять крізь нього. Це явище отримало назву подвійного променезаломлення.
Якщо з кристала турмаліну вздовж його оптичної осі вирізати пластину, вона пропускатиме лише ті світлові хвилі, вектор напруженості яких паралельний оптичної осі кристала. У міру збільшення кута між оптичними осями кристалів інтенсивність світла, що проходить через пластини, зменшується. Коли осі кристалів встановляться перпендикулярно один одному, світло не пройде зовсім. І тут перша пластина виконує функції поляризатора, а друга - аналізатора. Поляризатори та аналізатори мають загальну назву - поляроїди.
Світло завжди частково поляризується при відображенні від поверхні діелектрика та у разі заломленняна його поверхні. У відбитій хвилі вектор переважно перпендикулярний до площини падіння, а в збитій - лежить у площині падіння.
ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДЕННЯ 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. З якою метою може бути використане явище поляризації?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1. Чому окуляри з поляризаційним склом зменшують відблиски? (Звичайні сонячні окуляри просто зменшують кількість світла, що потрапляє у вічі, але не усувають відблисків.) Рішення. Пряме сонячне світло не поляризоване, тобто коливання електричного вектора електромагнітної хвилі відбуваються в площині, перпендикулярній напряму поширення хвилі, але орієнтація вектора в цій площині хаотична. У разі відбиття від будь-якої поверхні світло поляризується в площині, паралельній цій поверхні, тобто коливання електричного вектора, як і раніше, відбуваються в площині, перпендикулярній до напряму поширення хвилі, але тепер він орієнтований переважно паралельно поверхні, що відображає. Ступінь поляризації світла при відображенні залежить від матеріалу поверхні та 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 у вічі, переважно поляризоване паралельно дороги. Поляроїдні окуляри зменшують відблиски від дороги, тому що вони пропускають лише вертикально поляризоване світло, а відбите від дороги горизонтально поляризоване світло поглинає.скло та окуляри.
2. У будь-якому випадку поляроїдні окуляри можуть покращити здатність рибалок бачити під водою?
Рішення. Рибалка за допомогою поляроїдних окулярів також може послабити відблиски сонячного світла на поверхні води та водночас бачити світло, що відбивається від риби. Від поверхні води відбивається переважно світло з поляризацією, паралельною поверхнею. Відповідно світло, що проникає у воду, має перпендикулярну поляризацію, тобто його електричний вектор орієнтований перпендикулярно 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. Ця міркування не цілком справедлива, якщо риба знаходиться на глибині більше 1,5 м, тому що на такій глибині світло, розсіюючись на дрібні зважені у воді частинки, набуває горизонтальної поляризації.
3. Якось вранці після морозної ночі придивіться до тонких прозорих морозних візерунків на вікні, що виходить на сонячну сторону. Якщо візерунки вже почали підтаювати і на підвіконні утворилася калюжа, спробуйте побачити у ній відбиток цих візерунків. Ви виявите, що вони облямовані кольоровими смужками. Чому відображення виявляються кольоровими?
ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОКУ
• Природне світло (неполяризоване світло) - оптичне випромінювання з напрямками напруженості електромагнітного поля, що швидко і безладно змінюються, причому всі напрямки коливань, перпендикулярні до світлових променів, рівно ймовірнісні.
• Поляризація світла – це орієнтація вектора напруженості світлової хвилі у площині, перпендикулярній до напряму поширення хвилі, при взаємодії світла з речовиною.