Исследование явления дифракции света на компакт-диске

Цель.

Следует проверить, что при отражении от диэлектрика свет действительно оказывается частично поляризованным. При отражении же света от проводника (металла), явление поляризации не наблюдается. При выполнении данного задания используется прибор №1.

1. Вставьте один кусочек поляроидной пленки в держатель для нее.

2. Установите лазер в нулевое положение.

3. В зажиме укрепите препарат c диэлектрической пластинкой (пластмассой).

4. Медленно поворачивая поворотную планку, наблюдайте на экране за уменьшением интенсивности отраженного луча.

5. Найдите и измерьте такой угол падения, при котором интенсивность окажется наименьшей.

6. По измеренному углу Брюстера, вычислите показатель преломления данной пластмассы.

7. Рассчитайте погрешность измерения показателя преломления.

8. Замените препарат с диэлектриком на препарат с металлической пластинкой. Повторите предыдущие наблюдения. В выводе отметьте, наблюдается ли поляризация света при отражении от металла.

Цель работы: Углубить представления о взаимодействии света с веществом; ознакомиться с элементарными представлениями и законами поглощения света; пронаблюдать экспериментально поглощение света в твердых средах и в растворах.

Оборудование: фотоэлектрический колориметр, набор кювет, окрашенные полимерные пленки, концентрированные растворы различных веществ, шприц.

Поглощением (абсорбцией) света называется явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе вследствие преобразования энергии волны в другие виды энергии.

Поглощение света в веществе описывается законом Бугера:

, (1)

где I0 и I интенсивность плоской монохроматической световой волны на входе и выходе слоя поглощающего вещества толщиной x, a - коэффициент поглощения, зависящий от длины волны света, химической природы и состояния вещества.

Коэффициент поглощения не зависит от интенсивности падающего света (закон Ламберта).

При толщине слоя х = 1/a интенсивность света I по сравнению с I0 уменьшается в е» 2,72 раз. Размерность коэффициента поглощения м-1 или см-1.

Коэффициент поглощения зависит от длины волны света и для различных веществ различен. Например, одноатомные газы и пары металлов обладают близким к нулю коэффициентом поглощения и лишь для очень узких спектральных областей наблюдаются резкие максимумы поглощения (так называемый линейчатый спектр поглощения). Коэффициент поглощения для металлов имеет большие значения (103 – 105 см-1) и поэтому металлы являются непрозрачными для света. Коэффициент поглощения диэлектриков обычно невелик (10-3 – 10-5 см-1). Стекла, прозрачные полимерные пленки, жидкости и растворы имеют селективное (избирательное) поглощение света в определенных интервалах длин волн, когда a резко возрастает, и наблюдаются сравнительно широкие полосы поглощения.

Для характеристики поглощающей способности образца используется или коэффициент пропускания Т, который обычно измеряется в процентах

, (2)

или оптическая плотность образца D:

(3)

Согласно закону Бугера коэффициент пропускания экспоненциально уменьшается в зависимости от толщины образца (слоя вещества):

(4)

В то же время оптическая плотность зависит от толщины образца линейно:

, (5)

т.е. оптическая плотность вещества прямо пропорциональна толщине слоя. Поэтому для оценки поглощающей способности образца применение оптической плотности более удобно, чем применение коэффициента поглощения.

Для растворов веществ в не поглощающих растворителях выполняется закон Бера:

Монохроматический показатель поглощения раствора поглощающего вещества в непоглощающем растворителе пропорционален концентрации с раствора:

, (6)

где al1 – коэффициент поглощения однопроцентного раствора данного вещества, с – концентрация раствора в процентах.

Подставляя (6) в (1) и (5), получаем обобщенный закон Бугера – Ламберта – Бера, учитывающий как толщину слоя поглощающего вещества, так и концентрацию раствора. Этот закон может быть записан либо через интенсивность проходящего света, либо через оптическую плотность:

(7,8)

То обстоятельство, что оптическая плотность раствора D пропорциональна концентрации с растворенного поглощающего вещества, лежит в основе колориметрии (от лат. color - цвет)– метода определения концентрации растворенного вещества по оптической плотности раствора.