用示波器研究光的偏振现象
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第３０卷第１期 ２０１０年１月 云南师范大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙｕｎｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｌ＿３Ｏ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１０
用示波器研究光的偏振现象
吕宪魁， 刘 燕， 王炳灿， 尚鹤岭
（云南师范大学物理与电子信息学院云南昆明６５００９２）
摘要： 介绍了一种利用ｗｓＺ型光学实验平台和ＹＢ４３４５型示波器验证马吕斯定律、测量物质旋光率
的综合实验设计方案。该实验内容已在我院物理专业的物理实验教学中应用，并取得较好效果。 关键词：偏振现象；示波器；综合实验 中图分类号：０４３６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９７９３（２０１０）０１—００６２—０３
１实验原理和方法
１．１偏振现象和马吕斯定律的验证
光学实验中，对光的偏振现象的观测是重要的内容，马吕斯定律的验证是必做实验之一，传统的检 验方法是用用检流计检验…，这里我们利用示波器来进行验证，装置示意如图１．
强度为，０的平面偏振光通过检偏振器后，根据马吕斯定律，出射光的强度为，＝ｔｏＣＯＳ （其中０为
平面偏振光偏振面和检偏器主截面的夹角）。
起信器Ｎｌ起信器Ｈ２ 硅光电池
图１装置示意图 图２装置实物图
Ｆｉｇｕｒｅ．１ Ｔｈｅ ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｄｅｖｉｃｅ Ｆｉｇｕｒｅ．２ Ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍａｐ ｏｆ ｄｅｖｉｃｅ
激光光束依次射向起偏器Ｎ 、检偏器Ｎ：和硅光电池，光经过硅光电池转化为电流，Ｎ 可由电机带
动旋转，假设Ｎ 以角速度∞转动，则，＝ｌｏｃｏｓ ｔｏｔ，由于硅光电池的电流ｉ与光强Ｉ成正比，因此示波器
显示的为一成余弦规律变化的曲线，其电流的变化为
＾ ｉ＝ｉｏｃＤｓ ｔｏｔ＝ｉｏｃ０ｓ （１） 』 Ｎ：未转动时，，：ｌｏｃｏｓ ０，０为定值，，也为定值，示波器显示的图像应为一条直线。通过两种图像的
对比，可定性验证马吕斯定律。
１．２物质的旋光现象和物质旋光率的测量
收稿日期：２００９—１０—１０ 基金项目：云南师范大学２００７年综合性、设计性实验研究项目（ＺＳ２００７２１）． 作者简介：吕宪魁（１９７９一），男，云南省宣威市人，讲师，硕士，
主要从事光学和大学物理实验研究 第１期 吕宪魁，等：用刀 波器研究光的偏振现象 ・６３・
对于旋光现象，旋光率是一个非常重要的参数。以透明溶液为例，振动面的旋转度表示为
０＝ｐｌｃ （２） 其中：ｚ为光线穿过溶液的厚度，Ｐ为旋光率，与物质的性质、入射光的波长有关；ｃ为溶液的浓度，当
波长和厚度一定时，旋光度０与溶液的浓度Ｃ成正比。因此可以通过测量旋光度来计算物质的旋光率。
传统的方法是采用旋光计来进行测量。这里我们也采用示波器来进行测量，装置示意图仍为图１．
将小电机带动的检偏振器Ｎ：半径上划一黑线挡光，当光线照在黑线上时，其透射光强为零，光电流
ｉ＝０，则在示波器余弦曲线上出现一突变。用示波器光标测量功能测量两波谷间的时间差Ｔ及前谷与
突变位置的时间差 。在两偏振片问放上旋光液体，再测量前谷与突变位置的时间差 。则旋光度０
＝ ｒｐ ｌ Ｔ 一 Ｉ，从而可计算旋光率ＰⅢ２ Ｊ．
２实验装置
实验装置实物图如图２所示。所用仪器、设备和器材：ＷＳＺ型光学实验平台、ＹＢ４３４５型示波器、激
光光源带支架一个，偏振片带支架一个，装有小电机的偏振片带支架一个，硅光电池带支架一个，ＡＣ５型
检流计（或微安表一个），装有已知浓度的葡萄糖溶液玻璃管一个、遮光罩一个。
３实验现象和数据分析
３．１用示波器验证马吕斯定理
（ａ）Ｎ 未转动时的图像 （ｂ）Ｎ 转动时的图像 图３用示波器验证马吕斯定律
Ｆｉｇ．３ Ｔｅｓｔ Ｍａｌｕｓ ｌａｗ ｗｉｔｈ ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ 上面两图为检偏器Ｎ：未转动和转动时示波器观察到的图像，从两图对比来看，偏振片Ｎ 未转动时
为一直线，偏振片以角速度为∞转动时，光强变化为余弦曲线，可定性验证马吕斯定理。通过该实验，
可以让学生对马吕斯定律有形象、直观的认识。
表１ 温度为１９．８℃，激光波长为６３２．８ｎｍ，管长为１０ｃｍ时的测量结果 Ｔａｂ．１ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｈｅｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓｌ９．８℃．１ａｓｅｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｉｓ ６３２．８ｎｍ．ｔｈｅ ｔｕｂｅ ｌｅｎ￣ｈ ｉ
ｓ １０ｅｍ ・６４・ 云南师范大学学报（自然科学版） 第３０卷
３．２用示波器测量葡萄糖溶液的旋光率
（ａ）Ｎ 未涂黑线时的波形 （ｂ）Ｎ 涂黑线时产生突变 图４示波器观察波形
Ｆｉｇ．４ Ｏｂｓｅｒｖｅ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｗｉｔｈ ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ 图４为测量旋光率所用波形图。表１为测量结果，其中旋光度０值２１．９。与用旋光计测得的２２．０。
基本一致（其中旋光计的光源用激光代替），说明该实验具有很好的可信度。
４结论
偏振现象的研究是我校物理专业《基础物理实验（３）》课程教学大纲中的一个验证性实验项目。该实
验内容传统的实验方法在训练学生方面存在观察的物理现象单一、分析内容单一和操作方法单一的不足。
我们依据我院已有实验设备的条件，并根据学生的实验基础，改变了传统的实验方法，提出了在
ＷＳＺ型光学实验平台上由学生自搭光路，通过硅光电池做光电转换，用检流计和ＹＢ４３４５型示波器两种
仪器、采用不同方法验证马吕斯定律、测量物质旋光率的综合实验设计方案，并在我院物理专业的物理
实验教学中进行了应用。教学效果初步表明，该实验的开设，对于学生理解现代科学中光电结合的趋
势，巩固学生在基础性实验阶段的学习成果、开阔学生的眼界和思路，提高学生对实验方法和实验技术
的综合运用能力，起到了一定的作用。
参考文献：
［１］杨述武．普通物理实验（光学部分）［Ｍ］．北京：高等教育出版社．２００７． ［２］ 郑光平，聂玉梅，朱丽．使用示波器测量旋光率［Ｊ］．物理实验 ２００６．２６（５）：３７—３９
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｗｉｔｈ Ｏｓｃｉｌｌｏｇｒａｐｈ
ＬＶ Ｘｉａｎ—ｑｕｉ，ＬＩＵ Ｙａｈ，ＷＡＮＧ Ｂｉｎｇ—ｃａｎ，ＳＨＡＮＧ Ｈｅ—ｌｉｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｙｕｎｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００９２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｐｏｓａｌ ｏｆ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｏ ｔｅｓｔ Ｍａｌｕｓ ｌａｗ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ
ＷＳＺ—ｓｔｙｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｎｄ ＹＢ４３４５一ｓｔｙｌｅ ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃｓ ｍａｊｏｒ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｌｌｅｇｅ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ；Ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ；Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
