Что такое поляризованность светового луча тест
Поляризация света для «чайников»: определение, суть явления и сущность
В нашем блоге уже можно найти статьи про преломление, дисперсию и дифракцию света. Теперь пришло время поговорить о том, в чем заключается сущность поляризации света.
В самом общем смысле правильнее говорить о поляризации волн. Поляризация света, как явление, представляет собой частный случай поляризации волны. Ведь свет представляет собой электромагнитное излучение в диапазоне, воспринимаемом глазами человека.
Что такое поляризация света
Поляризация – это характеристика поперечных волн. Она описывает положение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Если этой темы не было на лекциях в университете, то вы, вероятно, спросите: что это за колеблющаяся величина и какому направлению она перпендикулярна?
Как выглядит распространение света, если посмотреть на этот вопрос с точки зрения физики? Как, где и что колеблется, и куда при этом летит?
Свет – это электромагнитная волна, которая характеризуется векторами напряженности электрического поля E и вектором напряженности магнитного поля Н. Кстати, интересные факты о природе света можно узнать из нашей статьи.
Согласно теории Максвелла, световые волны поперечны. Это значит, что векторы E и H взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости распространения волны.
Поляризация наблюдается только на поперечных волнах.
Для описания поляризации света достаточно знать положение только одного из векторов. Обычно для этого рассматривается вектор E.
Если направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, свет называется поляризованным.
Возьмем свет на рисунке, который приведен выше. Он, безусловно, поляризован, так как вектор E колеблется в одной плоскости.
Если же вектор E колеблется в разных плоскостях с одинаковой вероятностью, то такой свет называется естественным.
Поляризация света по определению – это выделение из естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Откуда берется поляризованный свет?
Свет, который мы видим вокруг себя, чаще всего неполяризован. Свет от лампочек, солнечный свет – это свет, в котором вектор напряженности колеблется во всех возможных направлениях. Но если вам по роду деятельности приходится весь день смотреть в ЖК-монитор, знайте: вы видите поляризованный свет.
Чтобы наблюдать явление поляризации света, нужно пропустить естественный свет через анизотропную среду, которая называется поляризатором и «отсекает» ненужные направления колебаний, оставляя какое-то одно.
Анизотропная среда – среда, имеющая разные свойства в зависимости от направления внутри этой среды.
В качестве поляризаторов используются кристаллы. Один из природных кристаллов, часто и давно применяемых в опытах по изучению поляризации света — турмалин.
Связь между углом падения и степенью поляризации света выражается законом Брюстера.
Когда свет падает на границу раздела под углом, тангенс которого равняется относительному показателю преломления двух сред, отраженный луч является линейно поляризованным, а преломленный луч поляризован частично с преобладанием колебаний, лежащих в плоскости падения луча.
Практическое применение явления поляризации света
Поляризация света – не просто явление, которое интересно изучать. Оно широко применяется на практике.
Пример, с которым знакомы почти все – 3D-кинематограф. Еще один пример – поляризационные очки, в которых не видно бликов солнца на воде, а свет фар встречных машин не слепит водителя. Поляризационные фильтры применяются в фототехнике, а поляризация волн используется для передачи сигналов между антеннами космических аппаратов.
Чтобы не терять время и преодолеть трудности максимально быстро, обратитесь за советом и помощью к нашим авторам. Мы поможем выполнить реферат, лабораторную работу, решить контрольные задания на тему «поляризация света».
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.
Тест по физике (11 класс) с ответами
Какие волны называются когерентными?
волны, имеющие одинаковую частоту
волны, имеющие одинаковую амплитуду
волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз
Поляризация света доказывает, что свет –
поток нейтральных частиц
поперечная волна
продольная волн
Что называется дифракцией света?
разложение белого света в спектр при помощи стеклянной призмы
усиление или ослабление света при наложении двух когерентных волн
огибание светом препятствий
Цвета спектра (красный – к, оранжевый – о, синий – с, желтый – ж, голубой – г, зеленый – з, фиолетовый – ф) в порядке убыли длины волны правильно указаны в ответе:
1.ф, с, г, з, ж, о, к
к, о, ж, з, г, с, ф
ф, г, з, с, ж, о, к
Радужная окраска тонких пленок нефтепродуктов в лужах вызвана явлением
дифракции
дисперсии
интерференции
Просветление линз объясняется за счет явления
При просмотре фильмов в формате 3D зрители надевают специальные очки, которые позволяют «сделать» изображение объемным. На каком явлении основано действие очков?
Каким образом можно на опыте получить когерентные волны?
от двух источников одинаковой частоты
от двух произвольных источников
разделив световой луч на две части
Укажите длину волны видимого света
При соприкосновении двух стеклянных пластин в отраженном свете можно наблюдать образование разноцветных полос. Это явление связано с
интерференцией света
дифракцией света
дисперсией света
Какой ученый открыл явление дисперсии?
Чему равен абсолютный показатель преломления?
Что является обязательным условием интерференции?
когерентность световых волн
Способна ли призма изменять свет?
Для чего используют дифракционную решетку?
для определения скорости световой волны
для определения частоты колебаний
для определения длины световых волн
Какой ученый открыл явление интерференции света?
Как называется устройство, представляющее собой совокупность большого числа узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками?
При каких условиях будет наблюдаться интерференция двух пучков света?
амплитуды колебаний одинаковы
начальные фазы колебаний одинаковы
частоты колебаний одинаковы
Условие интерференционных минимумов когерентных волн:
Условие интерференционных максимумов когерентных волн:
Крылышки стрекозы на солнце переливаются всеми цветами радуги. Каким свойством света можно объяснить это явление?
Какое название получила интерференционная картина, имеющая вид концентрических колец?
кольца Гюйгенса
Что называется дисперсией света?
усиление или ослабление света при наложении двух когерентных волн
огибание светом препятствий
разложение белого света по цветам спектра
Какова длина световой волны?
от 4·10-7 до 8·10-7 км
Где применяют явление интерференции?
проверка качества поверхности
В работах какого ученого было завершено исследование дифракции?
Обычно период дифракционной решетки равен:
Какие световые волны называются поляризованными?
с колебаниями, происходящими в одной определенной плоскости
с колебаниями, происходящими по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространению волн
Что относится к недостатку поляроидов?
красный оттенок, который они придают белому свету
фиолетовый оттенок, который они придают белому свету
у них нет недостатков
дифракция света в мельчайших капельках воды
интерференция света в мельчайших капельках воды
дисперсия света в мельчайших капельках воды
Для чего используют кристалл турмалина?
для преобразования плоскополяризованного света в естественный
для преобразования естественного света в плоскополяризованный
для разложения белого света на спектр
Где применяют явление дисперсии?
Название какого термина произошло от латинского слова cohaereus – взаимосвязанный?
Когерентны ли волны от различных источников света?
Какой из названных лучей наиболее сильно преломляется?
Кому из ученых первому удалось измерить длину световой волны?
Изменяется ли длина волны при переходе ивета из одной среды в другую?
Как называется устройство, представляющее собой тонкую пленку кристаллов герапатита, нанесенную на стеклянную пластинку?
По какой формуле можно вычислить период d дифракционной решетки (a – ширина прозрачных щелей, b – непрозрачных)?
Волны от различных источников света могут быть когерентными, если эти источники –
Поляризация света
Начало XIX века для физики ознаменовалось развитием волновой теории света, которым занимались ученые Т. Юнг и О. Френель. В то время природа световых волн оставалась неизвестной. Изначально предполагалось, что свет является распространяющимися в некоторой гипотетической среде – эфире продольными волнами. Однако в процессе изучения явлений дифракции и интерференции вопрос о том, продольные или поперечные световые волны, стал второстепенен. На тот момент казалось невозможным, что свет – это поперечные волны, по той причине, что по аналогии с механическими волнами пришлось бы признать эфир твердым телом, ведь поперечные механические волны не обладают возможностью распространяться в газообразной или же жидкой среде.
Несмотря ни на что, постепенно копились свидетельствующие в пользу поперечности световых волн экспериментально полученные факты.
Поляризация света
Как же получить поляризованный свет?
Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной cos 2 φ :
Двойное лучепреломление точно также, как и закон Малюса не может быть объяснено с точки зрения теории продольных волн. Для продольных волн направление распространения луча представляет собой ось симметрии. В них любые направления в плоскости, нормальной, то есть перпендикулярной, лучу, равноправны.
Выходит, что асимметрия относительно направления распространения луча – это решающий признак, отличающий поперечную и продольную волны. Первым высказал догадку о поперечности световых волн Т. Юнг в 1816 году. Независимо от Юнга Френель тоже выдвинул концепцию поперечности световых волн, и даже смог обосновать ее с помощью большого количества опытов. Им была создана теория двойного лучепреломления света в кристаллах.
Пропала необходимость во введении особой среды распространения волн – эфира, который приходилось рассматривать как твердое тело. Благодаря этому электромагнитная теория света приобрела должную стройность.
В каждом из процессов взаимодействия света с веществом электрический вектор E → играет основную роль. По данной причине его называют световым вектором.
Виды поляризации света
Если при распространении электромагнитной волны световой вектор сохраняет свою ориентацию, то подобная волна носит название линейно поляризованной или плоско поляризованной. Отметим, что термин поляризации волн ввел Малюс применительно к поперечным механическим волнам.
В нормальной (то есть перпендикулярной) направлению распространения волны эллиптически поляризованной волне в каждой плоскости P конец результирующего вектора E → за период светового колебания обходит некоторый эллипс, носящий название эллипса поляризации.
Его размер и форма характеризуются амплитудами a x и a y линейно поляризованных волн и фазовым сдвигом Δ φ между ними.
Линейно поляризованный свет производится лазерными источниками. В случае отражения или рассеяния свет может стать поляризованным. В частности, голубой свет от неба частично или полностью поляризован. Однако, свет, который испускают обычные источники, такие как, например, солнечный свет и излучение ламп накаливания, является неполяризованным. Свет, исходящий от подобных источников, в любой момент состоит из вкладов огромного числа независимо излучающих атомов, обладающими различной ориентацией светового вектора в волнах, которые они излучают. По этой причине в результирующей волне вектор E → хаотично меняет свою ориентацию во времени, из-за чего в среднем все направления колебаний получаются равноправными.
Неполяризованный свет также называют естественным светом.
Кристаллы, в которых происходит двойное лучепреломление, называются анизотропными.
У значительной части кристаллов поглощение света кардинально зависимо от направления электрического вектора в световой волне. Такое явление носит название дихроизма.
В частности, данным свойством обладают использованные в знакомых нам опытах Малюса пластины турмалина. При некоторой толщине пластинка турмалина практически полностью поглощает одну из взаимно перпендикулярно поляризованных волн (как, к примеру, E x ) и частично пропускает вторую волну (то есть E y ).
Направление колебаний электрического вектора в прошедшей волне является разрешенным направлением пластины.
Пластинка турмалина может применяться как для создания поляризационного света, то есть в качестве поляризатора, так и для анализа характера поляризации света, как анализатор.
В наше время часто применяются искусственные дихроичные пленки, называющиеся поляроидами.
Поляроиды пропускают практически всю волну разрешенной поляризации и не пропускают поляризованную в нормальном направлении волну. Исходя из всего вышесказанного, можно заявить, что поляроиды – это идеальные поляризационные фильтры.
Выходит, что в электромагнитной теории света закон Малюса находит естественное объяснение, чья основа заключается в разложении вектора E → на его составляющие.
Поляризация света
Урок изучения нового материала
по теме «Поляризация света» в 11 классе
сформировать понятие о поляризации света, объяснить поляризацию света с точки зрения волновых представлений, организовать на уроке самостоятельное изучение данного явления с помощью выполнения экспериментальных заданий
закрепление основных навыков экспериментальной работы;
Развитие познавательных умений и самостоятельности к творческому поиску при решении конкретных задач;
Развитие умений анализировать работу; умение сравнивать теоретические выводы и результат эксперимента.
Повторение основных понятий волновой оптики
3. Объяснение нового материала
Выполнение экспериментальных заданий
Подведение итогов. Контроль знаний.
Что такое свет? Ответ: свет – это электромагнитные волны
Поперечны или продольны электромагнитные волны? Что совершает колебания?
Ответ: Электромагнитные волны поперечны. Векторы напряженности электрического поля Е и индукции магнитного поля В перпендикулярны друг другу, колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Каковы фазы колебаний векторов Е и В? Ответ: Векторы В и Е колеблются в одинаковых фазах, т.е. достигают максимума и минимума одновременно в одних и тех же точках пространства.
Какова скорость света в вакууме? Ответ: Скорость света равна 300000 км/с.
Объяснение нового материала
В световых волнах, испускаемых обычными источниками света (например, лампочкой накаливания), колебания вектора Е происходят по всевозможным направлениям. Такой свет называют естественным (не поляризованным).
Если при распространении электромагнитной волны вектор напряженности электрического поля Е сохраняет свою ориентацию, такую волну называют линейно-поляризованной или плоско-поляризованной. Некоторые источники могут испускать поляризованный свет. В таком свете колебания электрического и магнитного полей происходят не по всем направлениям, а только в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Поляризованный свет можно получить при помощи поляризаторов. Если посмотреть через тонкую кристаллическую пенку (поляризатор) на естественный свет и покрутить его вокруг своей оси, то ничего не произойдет. Однако если пропустить свет через две такие пластинки, мы обнаруживаем у него новые свойства. При вращении одной пластинки относительно другой интенсивность прошедшего света будет меняться от полного пропускания в случае, когда плоскости поляризации обоих пластинок совпадают, до полного гашения, в случае, когда эти плоскости перпендикулярны. Попробуем изобразить этот процесс более наглядно. Представим себе обычный деревянный забор, в одной из досок которого прорезана узкая вертикальная щель. Проденем сквозь эту щель верёвку; её конец за забором закрепим и начнём верёвку встряхивать, заставляя её колебаться под разными углами к вертикали. Вопрос: а как будет колебаться верёвка за щелью? Ответ очевиден: за щелью верёвка станет колебаться только в вертикальном направлении. Амплитуда этих колебаний зависит от направления приходящих к щели смещений. Вертикальные колебания пройдут сквозь щель полностью и дадут максимальную амплитуду, горизонтальные — щель не пропустит совсем. А все другие, «наклонные», можно разложить на горизонтальную и вертикальную составляющие, и амплитуда будет зависеть от величины вертикальной составляющей. Но в любом случае за щелью останутся только вертикальные колебания! То есть щель в заборе — это модель поляризатора, преобразующего неполяризованные колебания (волны) в линейно-поляризованные. (рис. 1).
Если мы пропустим шнур через две таких щели, то:
1. Если эти щели будут параллельны друг другу, колебания будут проходить полностью (рис. 2).
2. Если щели будут перпендикулярны друг другу, то после второй щели колебания полностью погасятся (рис. 3).
Проверка на опыте поляризованности света, испускаемого различными источниками
Проведем опыты, в которых проверим поляризованность света, испускаемого различными источниками света. (учащимся раздаются листы с фотографиями опытов, после проведения наблюдения они должны дописать свои выводы)
Опыт 1.
Жидкокристаллический монитор даёт поляризованный свет, т.к. повороте поляризатора на 90 свет полностью исчезает
Опыт 2. Излучение дисплея калькулятора даёт поляризованный свет, т.к. повороте поляризатора на 90 свет полностью исчезает
Опыт 3.
Свет дисплея мобильного телефона даёт поляризованный свет, т.к. повороте поляризатора на 90 свет полностью исчезает 
Опыт 4.
Луч лазера даёт поляризованный свет, т.к. повороте поляризатора на 90 свет полностью исчезает 
Рассеянный свет голубого неба даёт частично поляризованный свет, т.к. повороте поляризатора на 90 свет незначительно ослабляется 
Опыт 6.
Свет, отражённый от стекла, поляризован, т.к. повороте поляризатора на 90 свет полностью исчезает
Свет, отражённый от зеркала, неполяризован, т.к. повороте поляризатора на 90 свет не исчезает.
Свет поляризуется только при отражении от диэлектрика, при отражении от проводящей поверхности поляризации не происходит
Опыт 7.
Экран монитора на электронно-лучевой трубке испускает неполяризованный свет. «Погасить» его можно лишь при помощи двух скрещённых поляроидов. Свет, испускаемый телевизором с кинескопом, лампой дневного света, свечой, газовой горелкой, светодиодом также неполяризован. 
Поляризация в природе
Свет, испускаемый Солнцем, не имеет какой-либо определенной плоскости поляризации. Однако, проходя через земную атмосферу, солнечный свет претерпевает рассеяние на ее молекулах и других частицах, имеющих размеры меньше длины волны. Вследствие поперечности световых волн солнечные лучи, рассеянные изотропными молекулами в направлении, нормальном к первоначальному, должны быть линейно поляризованы. В результате каждая точка неба над нами превращается во вторичный источник света, который оказывается уже частично поляризованным. Степень поляризации света голубого неба сильно различается в разных точках небосвода (от 0 примерно до 80%). При этом ось поляризации (преимущественное направление E) всегда перпендикулярна плоскости треугольника, в вершинах которого находится наблюдатель, Солнце и наблюдаемая точка неба. Зная оси поляризации для двух точек неба, можно найти направление на Солнце. Очевидно, что направлением на Солнце будет прямая, образованная пересечением двух плоскостей, каждая из которых переходит через наблюдателя и данную точку неба перпендикулярно оси поляризации в этой точке. По-видимому, таким образом и находят направление на солнце насекомые, глаза которых чувствительны к направлению поляризации света. Различают поляризацию и муравьи, и мухи с пчелами. Не они одни его видят, и некоторые костистые рыбы, и головастики лягушек, кальмары, каракатицы и осьминоги. Зачем им видеть поляризованный свет? Свет, идущий от синего неба, поляризован, и поляризация в любой точке неба зависит от ее положения относительно солнца. Поэтому пчела может ориентироваться по солнцу, даже если оно закрыто облаками и виден лишь кусочек синего неба: поляризация укажет направление на солнце. Но представить себе кальмара или каракатицу, ориентирующуюся по солнцу, довольно трудно. Для чего же им нужна такая способность? Для кальмара его поляризационное зрение — все равно что радар, видящий «стелсы»! Шашар с коллегами изучил в поляризационном микроскопе совершенно прозрачных (для человеческого глаза) планктонных животных, на которых охотятся мелкие или молодые кальмары. Оказалось, в поляризованном свете видны не только глаза, но и мускулатура, а также усики-антенны рачков. Не очень хорошо, но видны. И кальмары этим пользуются.
Применение явления поляризации
Поляризованный свет предлагали использовать для защиты водителя от слепящего света фар встречного автомобиля. Если на ветровое стекло и фары автомобиля нанести плёночные поляроиды с углом пропускания 45о, например, вправо от вертикали, водитель будет хорошо видеть дорогу и встречные машины, освещённые собственными фарами. Но у встречных автомобилей поляроиды фар окажутся скрещёнными с поляроидом ветрового стекла данного автомобиля, и свет фар встречных машин погаснет.
Известны так называемые фотохромные очки, темнеющие на ярком солнечном свету, но не способные защитить глаза при очень быстрой и яркой вспышке (например, при электросварке) — процесс затемнения идёт сравнительно медленно. Поляризационные очки на эффекте Поккельса обладают практически мгновенной «реакцией» (менее 50 мкс). Свет яркой вспышки поступает на миниатюрные фотоприемники (фотодиоды), подающие электрический сигнал, под действием которого очки становятся непрозрачными.
Поляроиды широко применяются для гашения бликов от стёкол и полированных поверхностей, от воды (отраженный от них свет сильно поляризован). Поляризован и свет экранов жидкокристаллических мониторов.
Для определения концентрации оптически активных веществ (например, сахара) применяют поляриметрию.
Обнаружение на опыте поворота плоскости поляризации света.
Существуют материалы, которые поворачивают плоскость поляризации проходящего через них света. Эти вещества называют оптически активными. К таким веществам относятся, например, кварц, аметист, скипидар, раствор сахара в воде и некоторые другие вещества. Поворачивает плоскость поляризации и обычный скотч. Угол поворота плоскости поляризации кристаллов очень сильно зависит от длины волны и толщины пластинки d.
Кусочек скотча зажат между двумя поляроидами и рассматривается в проходящем свете. Скотч поворачивает плоскость поляризации таким образом, что свет начинает частично проходить сквозь него.
Целлофан также поворачивает плоскость поляризации света. Если ось целлофана параллельна оси поляроида, то прошедший свет имеет один цвет, если перпендикулярна, то другой (жёлтый – синий, красный – зелёный). Если сложить целлофан вдвойне, то цвета изменяются. 
Если сложить произвольно несколько кусочков целлофана, получим разноцветную картинку. При повороте поляроида цвета меняются на дополнительные.
Объяснить опыты можно двойным лучепреломлением в целлофане: скорость света и коэффициент преломления зависят от взаимного расположения оптической оси целлофана и плоскости поляризации света. Цвет прошедшего света зависит также и от толщины плёнки.
Опыты не просто красивы и удивительны. На основе целлофана можно изготовить поляризационные фильтры, которые будут выделять из естественного света какую-либо составляющую, причём при повороте одного из поляроидов будет меняться не только интенсивность прошедшего через поляроиды света, но и его цвет.
Предмет из абсолютно прозрачной пластмассы — линейка (фото 9), коробочка для CD-дисков (фото 10) — помещённый между ЖК-экраном и анализатором, приобретает радужную окраску. Причина этого явления в том, что прозрачный для естественного света материал на самом деле анизотропен. Его физические свойства, в том числе показатели преломления разных участков предмета, неодинаковы. Световой луч в нём расщепляется на два, которые идут с разными скоростями и поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях. Интенсивность поляризованного света, результат сложения двух световых волн, при этом не изменится. Но анализатор вырежет из него две плоско-поляризованные волны, колеблющиеся в одной плоскости, которые станут интерферировать. Малейшее изменение толщины пластинки или напряжений в её толще приводит к появлению разности хода волн и возникновению окраски
Исследование с помощью поляризации света распределения механических напряжений
В поляризованном свете удобно изучать распределение механических напряжений в деталях машин и механизмов, строительных конструкциях. Из прозрачной пластмассы делают плоскую модель детали (балки, опоры, рычага) и прикладывают к ней нагрузку, моделирующую реальную. Разноцветные полосы, возникающие в поляризованном свете, указывают на слабые места детали (острый угол, сильный изгиб и пр.) — в них концентрируются напряжения. Меняя форму детали, добиваются наибольшей её прочности.
Опыт 10.
Проделать такое исследование можно самим. Из органического стекла можно вырезать модель крюка для подъёма груза, подвесить её перед экраном, нагружать гирьками разного веса. Мы сделаем проще: в целлофановом квадрате проделаем дырку, подвесим к ней блок и будем нагружать его грузами. Пронаблюдаем, как в ней меняется распределение напряжений
Подведение итогов. Контроль знаний.
Что такое поляризация? Ответ: одно из волновых свойств света.
Какие источники испускают поляризованный, а какие – неполяризованный свет? Ответ: Жидкокристаллический монитор, дисплей калькулятора, дисплей мобильного телефона, луч лазера испускают поляризованный свет. Телевизор с кинескопом, лампа дневного света, свеча, газовая горелка, солнце испускают неполяризованный свет.
Как можно поляризовать свет? Ответ: С помощью поляризатора. Также свет поляризуется при отражении от поверхности диэлектрика, частично поляризуется при рассеянии (голубое небо).
Как используется явление поляризации? Ответ: для защиты водителя от слепящего света фар встречного автомобиля, для гашения бликов от стёкол и полированных поверхностей, для стереоскопического кино и телевидения, для определения концентрации оптически активных веществ (сахара)