THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2 PHẦN CHUẨN BỊ BÀI 8 KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT MALUS KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC QUAY (ĐƯỜNG KẾ) 1 Mục đích Kiểm chứng định luật Malus Khảo sát góc quay R của mặt phẳng chấn đ.
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG PHẦN CHUẨN BỊ BÀI 8: KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT MALUS - KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC QUAY (ĐƯỜNG KẾ) Mục đích Kiểm chứng định luật Malus Khảo sát góc quay R mặt phẳng chấn động ánh sáng phân cực thẳng qua dung dịch quang hoạt để xác định suất tri ền quang α riêng ( ) chất quang hoạt hòa tan Giới thiệu chung Bài thí nghiệm khảo sát tính chất phân cực ánh sáng thông qua đ ịnh luật Malus khảo sát tượng phân cực quay ánh sáng phân c ực th ẳng qua môi trường quang hoạt dung dịch đường để đo góc quay tri ền quang Từ đó, dựa vào cơng thức định luật Biot, ta xác đ ịnh su ất tri ền quang dung dịch đường Bài thí nghiệm bố trí với dụng cụ sau: Kính phân cực Máy đếm Triền quang kế An tồn thực thí nghiệm Bài thí nghiệm sử dụng ống T đựng dung dịch đường, bình pha dung dịch đường, cốc đong dung dịch đường thủy tinh dễ vỡ, sinh viên tiến hành thí nghiệm cẩn thận, nhẹ nhàng, tránh bể vỡ Tóm tắt lý thuyết 4.1 Hiện tượng phân cực ánh sáng Ánh sáng sóng điện từ gồm thành phần điện trường từ trường Hình 8.1 Minh họa sóng điện từ Ánh sáng tự nhiên có vector E phân bố đối xứng phương vng góc với phương truyền sóng Mặt phẳng … Ánh sáng phân cực có vector E phân b ố ưu tiên theo phương hơn, có phương dao động mạnh, có phương dao động yếu Phân loại ánh sáng phân cực gồm có: phân cực thẳng, phân cực elip phân cực tròn (Nguyễn Trần Trác, 2005, tr 232) 4.2 Định luật Malus Hình 8.2 Minh họa định luật Malus Định luật Malus: I = I1 cos α (8.1) I1 Với: I2 α : cường độ ánh sáng sau trước qua kính phân cực : cường độ ánh sáng sau qua kính phân tích : góc hợp mặt phẳng kính phân cực kính phân tích Gọi Io cường độ ánh sáng tới Nếu ánh sáng tới ánh sáng tự nhiên ( ur E phân bố quanh phương truyền sóng), cường độ ánh sáng sau qua kính phân cực: I1 = 0,5I o 4.3 Hiện tượng phân cực quay Hiện tượng phân cực quay tượng mà mặt phẳng chấn động sáng ánh sáng phân cực thẳng bị quay góc truyền qua chất tri ền quang (môi trường quang hoạt) (Nguyễn Trần Trác, 2005, tr.301-302) Hình 8.3 Minh họa tượng phân cực quay Chất triền quang chất có khả tạo tượng phân cực quay Chất triền quang lỏng hay rắn Mội chất triền quang đặc trưng suất triền quang α riêng chất ấy, phụ thuộc bước sóng ánh sáng nhiệt độ Định luật Biot Nếu chất triền quang dung dịch có nồng độ thấp (đường, rượu, nicotin lỏng …) góc triền quang tỉ lệ với chiều dài l nồng độ C dung dịch theo công thức Biot: (Nguyễn Trần Trác, 2005) R = [ α ] l C (8.2) Với: l: quãng đường ánh sáng truyền ống đựng dung dịch (bằng chiều dài ống) C: nồng độ dung dịch (%, g/cm3) [α] : suất triền quang (độ.cm2/g) (chỉ phụ thuộc bước sóng ánh sáng nhiệt độ) R: góc quay mặt phẳng chấn động sáng (độ) 4.4 Triền quang kế (Đường kế) Triền quang kế dụng cụ giúp xác định góc quay mặt phẳng chấn động sáng ánh sáng phân cực thẳng qua chất tri ền quang Hình 8.4 Sơ đồ khối triền quang kế Ánh sáng từ đèn Natri qua Nicol phân cực P trở thành ánh sáng phân cực thẳng có vecto chấn động sáng OP Ánh sáng phân cực phần qua chắn sáng D, nửa sóng chắn phần thị trường trở thành ánh sáng phân cực thẳng OP’ Phần ánh sáng không qua nửa sóng D ánh sáng phân cực thẳng OP Sau đó, qua ống T dựng dung dịch triền quan tiếp tục đến Nicol phân tích A để đến kính ngắm Về mặt lý thuyết, cường độ ánh sáng tới mắt tỉ lệ thuận với thành phần hình chiếu vector E ánh sáng phân cực thẳng lên mặt phẳng Nicol phân tích A Gọi AA’ vết thiết diện Nicol phân tích A, Om Om’ hình chiếu OP OP’ lên mặt phẳng Nicol A Theo đ ịnh luật Malus, cường độ sáng nửa thị trường bằng: I1 = k.Om I = k Om' Muốn cho hai vùng thị trường có cường độ sáng ta phải quay Nicol để phương AA’ trùng với Ox Oy (hai phương ưu đãi nửa sóng D) Hình 8.5 Hình chiếu OP OP’ lên mặt phẳng AA’trong trường hợp hai nửa thị trường sáng Xét 8.5, ta thấy hai trường hợp ta có: Om =Om '2 ⇒ I1 = I hai vùng có cường độ sáng Theo hình 8.5 AA’ trùng với Ox độ sáng hai vùng nhỏ AA’ trùng với Oy Trong trường hợp thứ nhất, độ sáng hai vùng xảy gần vùng bán ảnh Trong cách thứ hai, độ sáng hai vùng xảy gần vùng sáng tỏ Mắt người nhận xét độ bi ến thiên độ sáng rõ vùng gần ảnh Do đó, nên thực hi ện trường hợp thứ Thí nghiệm triền quang kế có tên triền quang kế bán ảnh 5 Chuẩn bị Nhiệm vụ học tập 1: Từ tài liệu tham khảo (Lương Duyên Bình, 2007), chất triền quang tinh thể rắn, trình bày cơng thức Biot đ ể tính góc tri ền quang R Nếu chất triền quang tinh thể rắn (thạch anh, NaClO3,…) công thức Biot là: R = [ α ] ρ d Trong đó: d ρ : bề dày tinh thể : khối lượng riêng tinh thể (g/cm3) [α ] : suất triền quang (chỉ phụ thuộc bước sóng ánh sáng nhiệt độ) R : góc quay mặt phẳng chấn động sáng (độ) ... sau qua kính phân cực: I1 = 0,5I o 4.3 Hiện tượng phân cực quay Hiện tượng phân cực quay tượng mà mặt phẳng chấn động sáng ánh sáng phân cực thẳng bị quay góc truyền qua chất tri ền quang (mơi... 232) 4.2 Định luật Malus Hình 8.2 Minh họa định luật Malus Định luật Malus: I = I1 cos α (8.1) I1 Với: I2 α : cường độ ánh sáng sau trước qua kính phân cực : cường độ ánh sáng sau qua kính phân tích... Ánh sáng phân cực có vector E phân b ố ưu tiên theo phương hơn, có phương dao động mạnh, có phương dao động yếu Phân loại ánh sáng phân cực gồm có: phân cực thẳng, phân cực elip phân cực tròn