大学物理习题详解No.4 光的偏振
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实验3.4 光的偏振特性研究一、实验目的(1)了解自然光和偏振光的定义及特性。
(2)观察光的偏振现象,了解偏振光的产生方法和检验方法。
(3)了解波片的作用和用波片产生椭圆和圆偏振光及其检验方法。
二、实验仪器GSZ-Ⅱ光学平台(配有光具座、氦氖激光器及电源、扩束镜、偏振片、波片、观察屏等)。
三、实验原理1.自然光和偏振光的定义自然光:由普通光源所发射的光波,在光的传播方向上,任意一个场点,光矢量既有空间分布的均匀,又有时间分布的均匀性。
偏振光:光矢量相对于光的传播方向分布的非对称性。
部分偏振光:光波光矢量的振动在传播过程中只是在某一确定的方向上占有相对优势。
平面偏振光:光在传播的过程中光矢量的振动只限于某一特定的平面内。
圆偏振光:在光的传播方向上,任意一个场点光矢量以一定的角速度转动它的方向,但大小不变,其光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内的投影是一个圆。
椭圆偏振光:在光的传播方向上,任意一个场点光矢量即改变它的大小,又以一定的角速度转动它的方向,其光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内的投影是一个椭圆。
2.偏振光的产生及检验方法(1)平面偏振光的产生和检验方法:产生:本次实验中我们利用偏振片来生成平面偏振光。
偏振片是由具有二向色性的晶体制作成的,这些晶体对不同方向振动的光矢量具有不同的吸收本领,当自然光入射到这些晶体上时,透射光的光矢量仅在某一个特定的方向上,形成了平面偏振光。
检验:线性偏振光通过检偏器后,按照马吕斯定律,强度为I0的线偏振光通过检偏器,透射光的强度为I=I0cos2α,α=0/π时,透射光的强度最大,当α= (π/2)/(3π/2)时,透射光的强度为0,出现消光现象。
所以偏振器旋转一周,透射光的强度将发生强弱变化,并且消光两次,根据这个特点可以检测是否有平面偏振光。
(2)椭圆和圆偏振光的产生和检验方法:产生:波片是光轴平行于晶面的各向异性晶体薄片。
双折射是光束入射到各向异性的晶体,分解为两束光而沿不同方向折射的现象。
光的偏振一、光的偏振的相关知识(1)自然光:太阳、电灯等普通光源发出的光,包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫做自然光.(2)偏振:光波只沿某一特定的方向振动,称为光的偏振(3)偏振光:在垂直于传播方向的平面上,只沿某个特定方向振动的光,叫做偏振光.光的偏振证明光是横波.自然光通过偏振片后,就得到了偏振光.二、光的偏振的理解1、偏振光的产生方式(1)自然光通过起偏器:通过两个共轴的偏振片观察自然光,第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光,叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光,叫检偏器.(2)自然光射到两种介质的交界面上,如果光入射的方向合适,使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直.特别提醒不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片,偏振片并非刻有狭缝,而是具有一种特征,即存在一个偏振方向,只让平行于该方向振动的光通过,其他振动方向的光被吸收了.2、偏振光的理论意义及应用(1)理论意义:光的干涉和衍射现象充分说明了光是波,但不能确定光波是横波还是纵波.光的偏振现象说明了光波是横波.(2)应用:照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等.三、相关练习1、如图所示,偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向.下列四种入射光束中,能在P的另一侧观察到透射光的是() A.太阳光B.沿竖直方向振动的光C.沿水平方向振动的光D.沿与竖直方向成45°角振动的光答案ABD解析偏振片只让沿某一方向振动的光通过,当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时,透射光的强度不同,它们平行时最强,而垂直时最弱.太阳光是自然光,光波可沿任何方向振动,所以在P的另一侧能观察到透射光;沿竖直方向振动的光,振动方向与偏振片的透振方向相同,当然可以看到透射光;沿水平方向振动的光,其振动方向与透振方向垂直,所以看不到透射光;沿与竖直方向成45°角振动的光,其振动方向与透振方向不垂直,仍可看到透射光.2、如图所示,电灯S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向,看不到光亮,则()A.图中a光为偏振光B.图中b光为偏振光C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮思路点拨偏振片A为起偏器,B为检偏器,当A、B的透振方向平行时透过B的亮度最大,垂直时没有光透过.解析自然光沿各个方向发散是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光.从电灯直接发出的光为自然光,则A错;它通过A偏振片后,即变为偏振光,则B对;设通过A的光沿竖直方向振动,P点无光亮,则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光,将B转过180°后,P处仍无光亮,C错;若将B转过90°,则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处有光亮,D对.答案BD3、(2012·江苏·12B(1))如图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧.旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是________.A.A、B均不变B.A、B均有变化C.A不变,B有变化D.A有变化,B不变答案 C解析白炽灯光包含各方向的光,且各个方向的光强度相等,所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同,故A点光的强度不变;白炽灯光经偏振片P后变为偏振光,当Q旋转时,只有与P的偏振方向一致时才有光透过Q,因此B 点的光强有变化,选项C正确.4、光的偏振现象说明光是横波.下列现象中不能反映光的偏振特性的是()A.一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射光的强度发生变化B.一束自然光入射到两种介质的分界面上,当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时,反射光是偏振光C.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹答案 D解析在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定方向振动的光是偏振光,A、B选项反映了光的偏振特性,C是偏振现象的应用,D是光的衍射现象.5、下列有关光现象的解释正确的是()A.光在同一介质中沿直线传播B.无影灯利用的是光的衍射原理C.任何两束光都可以发生干涉D.为了司机在夜间安全行驶,汽车前窗玻璃常采用偏振玻璃答案 D解析光在同一种均匀介质中才会沿直线传播,选项A错误;海市蜃楼是光在密度分布不均匀的空气中传播时发生全反射而产生的,所以选项B正确;只有相干波才可以发生干涉,选项C错误;汽车前窗玻璃采用偏振玻璃,在夜间行驶时可以减弱对面车辆照射过来的光强,选项D正确.。
光的偏振参考解答一 选择题1.一束光强为I 0的自然光,相继通过三个偏振片P 1、P 2、P 3后,出射光的光强为I= I 0/8,已知P 1和P 3的偏振化方向相互垂直,若以入射光线为轴,旋转P 2,要使出射光的光强为零,P 2最少要转过的角度是(A )30° (B )45° (C )60° (D )90°[ B ] [参考解] 设P 1与 P 2的偏振化方向的夹角为α ,则82s i n 8s i n c o s 2020220I I I I ===ααα ,所以4/πα=,若I=0 ,则需0=α或πα= 。
可得。
2.一束光是自然光和线偏振光的混合光,让它垂直通过一偏振片,若以此入射光束为轴旋转偏振片,测得透射光强度最大值是最小值的5倍,那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为 (A )1/2 (B )1/5 (C )1/3 (D )2/3[ A ] [参考解] 设自然光与线偏振光的光强分别为I 1与 I 2 ,则12121521I I I ⨯=+ ,可得。
3.某种透明媒质对于空气的全反射临界角等于45°,光从空气射向此媒质的布儒斯特角是(A )35.3° (B )40.9° (C )45° (D )54.7°[ D ] [参考解] 由n145sin =,得介质折射率2=n ;由布儒斯特定律,21t a n0==n i ,可得。
4.自然光以60°的入射角照射到某两介质交界面时,反射光为完全偏振光,则知折射光为(A )完全偏振光且折射角是30°(B )部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为3的介质时,折射角是30° (C )部分偏振光,但须知两种介质的折射率才能确定折射角 (D )部分偏振光且折射角是30°[ D ][参考解] 由布儒斯特定律可知。
二 填空题1.一束自然光从空气投射到玻璃表面上(空气折射率为1),当折射角为30°时,反射光是完全偏振光,则此玻璃的折射率等于3 。
光的偏振练习题计算偏振光的振动方向和光强偏振光是指在传播过程中的电矢量方向只在某一平面内振动的光。
光的偏振主要分为线偏振和圆偏振两种类型。
本文将通过练习题来计算偏振光的振动方向和光强。
练习题1:一束光经过一线偏振片后,光的强度减少了原来的1/4,则此时光的偏振方向与线偏振片的透射方向之间的夹角为多少?解答:设线偏振片透射方向与光的偏振方向之间的夹角为θ,根据马吕斯定律,透过线偏振片透射后光的强度与入射光的强度比为cos^2θ。
题目中说明透射后光的强度减少了原来的1/4,即有cos^2θ = 1/4。
解方程,得到cosθ = 1/2。
通过查表或使用计算器,我们可以得到θ ≈ 60°。
因此,光的偏振方向与线偏振片的透射方向之间的夹角约为60°。
练习题2:一束圆偏振光有最大光强I_0,偏振方向沿逆时针旋转了45°,则此时光的光强是多少?解答:根据圆偏振光的性质,光强与旋转角度呈正弦关系。
设旋转了45°后的光强为I,根据正弦函数的性质,有I = I_0 sin²(45°)。
由于sin²(45°) = 1/2,代入得到I = I_0 / 2。
因此,旋转了45°后的光强为原来光强的一半。
练习题3:一束偏振光经过一块介质板,入射角为60°,折射角为30°。
如果入射光的线偏振方向与介质板平行,则此时折射光的偏振方向与入射光的偏振方向之间的夹角为多少?解答:根据折射定律,有入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于入射介质的折射率与折射介质的折射率之比。
设入射光的折射率为n_1,折射后的光的折射率为n_2,即有sin(60°)/sin(30°) = n_2/n_1。
由于sin(60°) = √3/2,sin(30°) = 1/2,代入得到√3/1 = n_2/n_1,即n_2 = √3n_1。
光的偏振(附答案)一. 填空题1. 一束光垂直入射在偏振片P 上,以入射光为轴旋转偏振片,观察通过偏振片P 的光强的变化过程. 若入射光是自然光或圆偏振光, 则将看到光强不变;若入射光是线偏振光, 则将看到明暗交替变化, 有时出现全暗;若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光, 则将看到明暗交替变化, 但不出现全暗.2. 圆偏振光通过四分之一波片后, 出射的光一般是线偏振光.3. 要使一束线偏振光通过偏振片之后振动方向转过90度角,则至少需要让这束光通过2块理想偏振片,在此情况下,透射光强最大是原来的1/4 倍.4. 两个偏振片叠放在一起,强度为I 0的自然光垂直入射其上,若通过两个偏振片后的光强为I/8,则此两偏振片的偏振化方向间的夹角为(取锐角)是60度,若在两片之间再插入一片偏振片, 其偏振化方向间的夹角(取锐角)相等,则通过三个偏振片后的投射光强度为9/32 I 0.5. 某种透明媒质对于空气的临界角(指全反射)等于450, 则光从空气射向此媒质的布儒斯特角是54.70, 就偏振状态来说反射光为完全偏振光, 反射光矢量的振动方向垂直入射面, 透射光为部分偏振光.6. 一束自然光从空气透射到玻璃表面上(空气折射率为1), 当折射角为300时, 反射光是完全偏振光, 则此玻璃的折射率等于1.732.7. 一束钠自然黄光(λ=589.3×10-9m)自空气(设n=1)垂直入射方解石晶片的表面,晶体厚度为0.05 mm, 对钠黄光方解石的主折射率n 0=1.6584、n e =1.4864, 则o 、e 两光透过晶片后的光程差为 8.6 μm , o 、e 两光透过晶片后的相位差为91.7 rad.8. 在杨氏双缝干涉实验中, 若用单色自然光照射狭缝S, 在屏幕上能看到干涉条纹. 若在双缝S 1和 S 2后分别加一个同质同厚度的偏振片P 1、P 2, 则当P 1与P 2的偏振化方向互相平行或接近平行时, 在屏幕上仍能看到清晰的干涉条纹.二. 计算题9. 有一束自然光和线偏振光组成的混合光, 当它通过偏振片时改变偏振片的取向, 发现透射光强可以变化7倍. 试求入射光中两种光的光强度各占总入射光强的比例.解:设入射光的光强为0I , 其中线偏振光的光强为01I ,自然光的光强为02I .在该光束透过偏振片后, 其光强由马吕斯定律可知:201021cos 2I I I α=+ 当α=0时, 透射光的光强最大,max 010212I I I =+,当α=π/2时, 透射光的光强最小,min 0212I I =max min 0102020102177322I I I I I I I =∴+=⇒=入射总光强为:00102I I I =+01020031,44I I I I ∴== 10. 如图所示, 一个晶体偏振器由两个直角棱镜组成(中间密合). 其中一个直角棱镜由方解石晶体制成, 另一个直角棱镜由玻璃制成, 其折射率n 等于方解石对e 光的折射率n e . 一束单色自然光垂直入射, 试定性地画出折射光线, 并标明折射光线光矢量的振动方向. (方解石对o 光和e 光的主折射率分别为1.658和1.486.)解:由于玻璃的折射率n 等于方解石对e 光的折射率, 因此e 光进入方解石后传播方向不变. 而n=n e >n o , 透过因此o 光进入方解石后的折射角<450, 据此得光路图.11. 用方解石割成一个正三角形棱镜, 其光轴与棱镜的棱边平行, 亦即与棱镜的正三角形横截面垂直. 如图所示. 今有一束自然光入射于棱镜, 为使棱镜内的 e 光折射线平行于棱镜的底边, 该入射光的入射角i 应为多少? 并在图中画出 o 光的光路并标明o 光和e 光的振动方向. 已知n e = 1.49 (主折射率, n o =1.66.解:由于e 光在方解石中的振动方向与光轴相同, o 光在方解石中的振动方向与光轴垂直, 所以e 光和o 光在方解石内的波面在垂直于光轴的平面中的截线都是圆弧. 但 v e > v o ,所以e 波包围o 波.由图可知, 本题中对于e 光仍满足折射定律sin sin e e i n γ=由于 e 光在棱镜内折射线与底边平行,30e γ=︒ 0sin sin 30 1.490.50.745e i n ==⨯=入射角 4810o i '= 又因为sin sin o o i n γ= sin sin 4810sin 0.4491.66o o o i n γ'∴===故o 光折射角2640o o γ'=12. 有三个偏振片堆叠在一起, 第一块与第三块的偏振化方向相互垂直, 第二块和第一块的偏振化方向相互平行, 然后第二块偏 振片以恒定角速度ω绕光传播的方向旋转, 如图所示. 设入射自然光的光强为I 0. 求此自然光通过这一系统后, 出射光的光强.解:经过P 1, 光强由I 0变为I 0/2, P 2以ω转动, P 1, P 2的偏振化方向的夹角θ=ωt202cos 2I I t ω=P 2以ω转动, P 2, P 3的偏振化方向的夹角β=π/2-ωt22203222000cos cos sin 2(2sin cos )sin 2(1cos 4)8816I I I t t I I I t t t t βωωωωωω==⋅===- 13. 有一束钠黄光以50角入射在方解石平板上, 方解石的光轴平行于平板表面且与入射面垂直, 求方解石中两条折射线的夹角.(对于钠黄光n o =1.658, n e =1.486)解: 在此题的特殊条件下, 可以用折射定律求出o 光, e 光折射线方向. 设i 为入射角, o γ和e γ分别为o 光和e 光的折射角.由折射定律:sin sin o o i n γ=sin sin e e i n γ=sin sin /0.463o o i n γ∴==, 27.5o o γ=sin sin /0.516e e i n γ==, 31.0o e γ=31.027.5 3.5o o o e o γγγ∆=-=-=14. 如图所示的各种情况下, 以非偏振光和偏振光入射两种介质的分界面, 图中i 0为起偏角, i 试画出折射光线和反射光线, 并用点和短线表示他们的偏振状态.15. 如图示的三种透光媒质I 、II 、III, 其折射率分别为n 1=1.33、n 2=1.50、n 3=1, 两个交界面相互平行, 一束自然光自媒质I 中入射到I 与II 的交界面上, 若反射光为线偏振光,(1) 求入射角I;(2) 媒质II 、III 交界面上的反射光是不是线偏振光?为什么?解:(1)由布儒斯特定律:()21/ 1.50/1.33tgi n n ==4826o i '=令介质II 中的折射角为γ,则/241.56o i γπ=-=此γ在数值上等于在II 、III 界面上的入射角.若II 、III 界面上的反射光是线偏振光, 则必满足布儒斯特定律()032/ 1.0/1.5tgi n n ==033.69o i =因为0i γ≠, 故II 、III 界面上的反射光不是线偏振光.16. 一块厚0.025mm 的方解石晶片, 表面与光轴平行并放置在两个正交偏振片之间, 晶片的光轴与两偏振片的偏振化方向均成45度角. 用白光垂直入射到第一块偏振片上, 从第二块偏振片出射的光线中, 缺少了那些波长的光.(假定n o =1.658, n e =1.486为常数)解: 2()C o e n n d πφλ∆=-2()o e n n d πφπλ⊥∆=-+ 045α=相干相消:(21)k φπ⊥∆=+缺少的波长:()o e n n dk λ-=, 6,7,8,9,10k =717,614,538,478,430nm λ=17. 一方解石晶体的表面与其光轴平行, 放在偏振化方向相互正交的偏振片之间, 晶体的光轴与偏振片的偏振化方向成450角. 试求:(1)要使λ = 500nm 的光不能透过检偏器, 则晶片的厚度至少多大?(2)若两偏振片的偏振化方向平行, 要使λ =500nm 的光不能透过检偏器, 晶片的厚度又为多少?(方解石对o 光和e 光的主折射率分别为1.658和1.486.)解:(1)如图(a )所示, 要使光不透过检偏器, 则通过检偏器的两束光须因干涉而相消, 通过P 2时两光的光程差为0()e n n d ∆=-对应的相位差为:02π()2πππe n n d δφλλ-∆=+=+由干涉条件:(21)π(0,1,2......)k k φ∆=+=02π()π(21)πe d n n k λ-+=+当k=1时, 镜片厚度最小, 为760510 2.910(m)()(1.658 1.486)e d n n λ--⨯===⨯-- (2)由图(b)可知当P 1, P 2平行时, 通过P 2的两束光没有附加相位差π, '02π()(21)π(0,1,2..)e d n n k k φλ∴∆=-=+=当k=0时, 此时晶片厚度最小,7065102()2(1.658 1.486)1.4510(m)e d n n λ--⨯==-⨯-=⨯18. 一束平行的线偏振光在真空中的波长为589nm, 垂直入射到方解石晶体上,晶体的光轴与表面平行, 如图所示. 已知方解石晶体对该单色o 光和e 光的折射率分别为1.658、1.486, 方解石晶体中寻常光的波长和非常光的波长分别等于多少?解:方解石晶体中o 光和e 光的波长分别为o o n λλ=658.1589=)nm (2.355=e e n λλ=486.1589=)nm (4.396= 三. 证明与问答题19. (证明题)一块玻璃的折射率为2 1.55n =, 一束自然光以θ角入射到玻璃表面, 求θ角为多少时反射光为完全偏振光?证明在下表面反射并经上表面透射的光也是完全偏振光.解:根据布儒斯特定律201tg n i n =121tg 571017n n θ-'''== 由折射定律:12sin sin n n θγ=π/2θγ+=πsin sin()cos 2θγγ=-=γ角满足布儒斯特定律.20. (问答题)用自然光源以及起偏器和检偏器各一件, 如何鉴别下列三种透明片:偏振片、半波片和1/4波片?答:令自然光先通过起偏器, 然后分别通过三种透明片, 改变起偏器的透振方向, 观察现象, 出现消光的透明片为偏振片, 再通过检偏器, 改变检偏器的透振方向, 出现消光的透明片为半波片.。
大学物理实验光的偏振思考题答案(总1页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1、首先,光强的计算并不是利用合成矢量来计算的,光强与振幅的平方成正比,振幅即矢量的模;其次,不论是人眼还是探测器,都不可能接收瞬时光强,即光矢量的振幅大小;最重要的一点,矢量的合成是有条件的,这一点物理光学中有很详细的解释,即必须是相干光才能合成,而自然光一般为非相干光。
非相干光的光强叠加只是不同光线光强的简单叠加。
因而,只要有光线,光强恒大于0。
但相干光与此不同,会有等于0的情况。
2、因为其不是偏振光,所以光强I不发生变化。
3、光的偏振实验中,如果在一组相互正交的偏振片之间插入一块半波片,使其光轴和起偏器的偏振轴平行,则透过检偏器的光斑还是暗的。
因为经过起偏器后的线偏振光的偏振方向与波片光轴平行,与波片光轴垂直方向没有分量,此时不发生双折射效应,经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光,所以消光。
将检偏器旋转90度后,光斑的亮暗有变化,变亮,因为经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光,检偏器旋转90度后正好与线偏振光振动方向一致。
这个问题的关键在于波片的光轴和起偏器偏振轴平行,线偏振光经过后不改变偏振方向。
我们知道线偏振光经过1/2波片偏振方向是要关于光轴(或者快轴,或者慢轴)对称的。
当线偏振光偏振方向平行或者垂直与快轴或者慢轴时,波片不起改变偏振态的作用,不仅1/2波片如此,其它波片也这样。
4、用一个偏振片就能分辨。
当自然光通过偏振片时,无论偏振片怎么旋转或者是静止(以光的传播方向为轴)光的强度都不会发生变化。
当圆偏振光通过偏振片时,保持偏振片不动,你会发现光的强度呈周期性变化,而且会出现消光。
当圆偏振光与自然光的混合光通过偏振片时,保持偏振片不动,你也会发现光的强度呈周期性变化,但不会出现消光。
2。
光的偏振习题答案及解法————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:光的偏振习题、答案及解法一、 选择题1. 在双缝干涉实验中,用单色自然光照色双缝,在观察屏上会形成干涉条纹若在两缝封后放一个偏振片,则(B ) A 、 干涉条纹的间距不变,但明纹的亮度加强; B 、 干涉条纹的间距不变,但明纹的亮度减弱; C 、干涉条纹的间距变窄,但明纹的亮度减弱; D 、 没有干涉条纹。
2.一束光是自然光和线偏振光的混合光,让它垂直通过一偏振片,若以入射光束为轴旋转偏振片,测得透射光强度最大值是最小值的7倍,那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为(B ) A 、 21 ; B 、 31 ; C 、 41 ; D 、 51 。
参考答案:()θηη200cos 12-+=I I I ()ηη-+=1200max I I I η20min I I = ()7212000minmax=-+=ηηηI I I I I ηη-=27 31=η 3.若一光强为0I 的线偏振光先后通过两个偏振片1P 和2P 。
1P 和2P 的偏振化方向与原入射光矢量振动方向的夹角分别为090和α,则通过这两个偏振片后的光强I (A ) A 、)2(sin 4120a I ; B 、 0 ; C 、 a I 20cos 41 ; D 、 a I 20sin 41。
参考答案: ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=απα2cos cos 220I I )2(sin 4120a I I =4.一光强为0I 的自然光垂直通过两个偏振片,且两偏振片偏振化方向成030则穿过两个偏振片后的光强为(D )A 、 430I ;B 、 40I ;C 、 80I ;D 、 830I 。
参考答案: 836cos 2cos 202020II I I ===πα 5.一束光强为0I 自然光,相继通过三个偏振片321P P 、、P 后,出射光的光强为8I I =。
《大学物理》作业 No.6 光的偏振
一、判断题
[ T ] 1. 解:是否具有偏振性是区分横波与纵波的主要标志之一,横波具有偏振性,纵波不具有。
[ F ] 2. 解:平面偏振光就是线偏振光,强调的是其偏振性;而平面波是指离波源较远的柱面波或球面波波面上的一小块区域可看成是平面波。
[ F ] 3. 解:布儒斯特定律指出:当自然光入射到介质分界面时,只有当入射角等于布儒斯特角,反射光才为线偏振光。
[ T] 4. 解:光轴是晶体中的特殊的方向,光沿着该方向传播时,不发生双折射现象。
[T ] 5. 解:教材96页。
一、选择题
1、如图所示的偏振片可以得到偏振化方向平行于y 轴的偏振光。
当自然光入射时,将偏振片绕如图所示的光传播的方向顺时针转动400,通过偏振片的光强是:[ C ]
(A) 增大 (B )减小 (C )不变
解:图画起来太麻烦,直接叙述:根据马吕斯定律,只要是自然光入射偏振片,光强变为原来的一半,所以无论怎样旋转偏振片,光强不会发生变化。
2、当第三块偏振片以450插入两块偏振方向正交的偏振片时,会有部分的光出射。
如果不是用单一的一块450偏振片插入,而是插入N 块偏振片组,每片偏振化方向转过900/N. (A)没有光出射 (B) 出射的光更少 (C) 出射的光一样多 (D)出射的光更多 解:我们就以入射光是自然光为例来讨论这个问题。
第一种情况的出射光强为:,45cos 2
1
040I I =
第二种情况的出射光强为:,190cos
211
20+⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=N N I I 第一种情况不过是第二种情况当
N=1时的情况,当N>2时,I 是增大的。
(可以取N=2来试即可。
)所以选D
3. 两偏振片堆叠在一起,一束自然光垂直入射其上时没有光线通过。
当其中一偏振片慢慢转动180o 时透射光强度发生的变化为: [ B ] (A) 光强单调增加。
(B) 光强先增加,后又减小至零。
(C) 光强先增加,后减小,再增加。
(D) 光强先增加,然后减小,再增加,再减小至零。
解:设入射自然光光强为I 0,透过两偏振片后光强为,cos 2
1
20αI I =其中α是两偏振片偏振化方向之间的夹角。
起初I = 0, 2
π
α=
,增大α,I 增大,至πα=时I 最大;再增
大α,I 减小,到2
3π
α=
时,I = 0。
4、设一纸面为入射面。
当自然光在各向同性媒质的界面上发生反射和折射时,若入射角不等于布儒斯特角,反射光光矢量的振动情况是:【A 】
(A) 平行于纸面的振动少于垂直于纸面的振动。
(B) 平行于纸面的振动多于垂直于纸面的振动。
(C) 只有垂直于纸面的振动。
(D) 只有平行于纸面的振动。
解:教材95页。
5. 使一光强为I 0的平面偏振光先后通过两个偏振片P 1和P 2,P 1和 P 2的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角分别为α和90o ,则通过这两个偏振片后的光强I 是
[ C ] (A)
α20cos 21
I (B) 0 (C) )2(sin 4120αI (D) α2
0sin 4
1I
(E) α4
0cos I
解:由马吕斯定律,偏振片通过第一个偏振片后,光强为α2
01cos I I =。
再通过第二个偏振片后, 光强为:
)2(sin 4
1
sin cos )90(cos cos )90(cos 2022022021ααααααI I I I I =
=-=-=
二、填空题
1.在如图所示的实验中,入射光为偏振化方向平行于x 轴的偏振光,其光强为0I ,经过三个偏振片后,最后出射光强为3I ,令
θn A I I cos 0
3
=。
如果将第一块偏振片从图示位置
逆时钟旋转600,这时,=A , =n ,
=θ .
解:经分析,0
4
0330cos I I =,比较后得出0
30,4,1===θn A
2. 如图所示,一束自然光入射到折射率分别为n 1和n 2的两种介质的交界面上,发生反射和折射。
已知反射光是完全偏振光,那么折射角 的值为
)/(arctg 2
1
12n n -π。
解:由布儒斯特定律,起偏振角为:1
2
0arctg n n i = 又反射线与折射线垂直,则折射角为:
1
2
0arctg
2
2
n n i -=
-=
π
π
γ 3. 在以下五个图中,左边四个图表示线偏振光入射于两种介质分界面上,最右边的图表示
入射光是自然光。
n 1和n 2为两种介质的折射率,图中入射角)/(arctg 12n n i o =, o i i ≠, 试在图上画出实际存在的折射光线和反射光线,并用点或短线把振动方向表示出来。
解:由布儒斯特定律:既折射也反射时,两种振动方向的光0i i ≠。
当0i i =时, 平行于入射面的振动的光只折射不反射,垂直于入射面的振动的光既折射也反射。
如图所示。
4. 一束光是自然光和线偏振光的混合光,让它垂直通过一偏振片。
若以此入射光束为轴旋转偏振片,测得透射光强度最大值是最小值的5倍,那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为 1:3 。
解:设入射自然光光强为I 1,线偏振光光强为I 2,混合光通过偏振片后光强为: 1min 21max 2212
1,21,cos 21I I I I I I I I =+=+=
α 由题意 31,72
121
2112
1m i n m a x ==+=I I I I I I I 可以解出:
5. 用方解石晶体(负晶体)切成一个截面为正三角形的棱形,光轴方向如图示,若自然光以入射角i 入射并产生双折射,试定性地分别画出o 光和e 光的光路及振动方向。
解:o 光和e 光的主平面均与纸面垂直,o 光的光振动方向垂直其主平面,故在纸平面内,e 光的光振动方向平行其主平面,故垂直于纸面。
方解石为负晶体,v o <v e 故n 0 > n 1,o 光更靠近法线。
如图所示。
三、计算题
1. 三个偏振片1P ,2P ,3P 按此顺序叠在一起,1P ,3P 的偏振化方向保持相互垂直,1P 与2P 的偏振化方向的夹角为α, 2P 可以入射光线为轴转动,现将光强为0I 的单色自然光垂直入射在偏振片上,不考虑偏振片对可透射分量的反射和吸收,。
(1) 求穿过三个偏振片后的透射光强度I 与角α的函数关系式;
(2) 定性画出在2P 转动一周的过程中透射光强I 随α角变化的函数曲线。
解:(1) 由马斯特定律,光强为0I 的自然光连续穿过三个偏振片后的光强为: ααπα2sin 8
1
)2(cos cos 2120220I I I =-=
(2) 曲线如下图所示:
2. 如图安排的三种透光媒质I ,Ⅱ,Ш,其折射率分别为3
3.11=n , 50.12=n ,13=n 。
两个交界面相互平行。
一束自然光自媒质I 中入射到I 与Ⅱ的交界面上,若反射光为线偏振光,
(1) 求入射角i ;
(2) 媒质Ⅱ,Ш界面上的反射光是不是线偏振光?为什么?
解:(1) 由布儒斯特定律,入射角i 为起偏角
43.48)53
.150
.1(
arctg )(arctg 12===n n i (2) 设在媒质中折射角为
,
且
56.4144.4890=-=γ
在Ⅱ, Ш分界面上
6666.050
.118866.056.41tg tg tg 23==≠==='n n i
γ 所以, 反射光不是线偏振光
3
424428
1I。