ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Fale i optyka (rozszerzenie)klasa 3 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/3/fizyka/polaryzacja-prawo-malusa-i-laser/

Fizyka · Fale i optyka (rozszerzenie) · kl. 3 · zakres rozszerzony

Polaryzacja, prawo Malusa i laser

Dwa polaryzatory potrafią wygasić światło, jeśli ustawisz je „w poprzek”. A laser to światło wyjątkowo uporządkowane.

ok. 3 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Polaryzator i analizator

  • Światło jest falą poprzeczną: pole elektryczne drga prostopadle do kierunku biegu. W świetle niespolaryzowanym (Słońce, żarówka) kierunek drgań zmienia się chaotycznie, w spolaryzowanym liniowo – drgania odbywają się w jednym kierunku. Dźwięk w powietrzu (fala podłużna) nie może być spolaryzowany.
  • Polaryzator przepuszcza tylko składową drgań równoległą do swojej osi. Ze światła niespolaryzowanego przepuszcza połowę natężenia: I1 = I0 przez 2. Drugi polaryzator, którym badamy światło, nazywamy analizatorem.
I₀niespolaryzowanepolaryzatorI₁ = I₀/2θanalizatorI = I₁·cos²θ
Po polaryzatorze natężenie spada do I₀/2, a po analizatorze obróconym o kąt θ – do I₁·cos²θ

2Prawo Malusa

  • Oznaczenia: I0 — natężenie światła niespolaryzowanego [W/m²]; I1 — natężenie światła spolaryzowanego padającego na analizator [W/m²]; I — natężenie za analizatorem [W/m²]; θ — kąt między kierunkiem polaryzacji światła a osią analizatora.
Zapamiętaj

Prawo Malusa: I = I1 · cos² θ. Analizator przepuszcza amplitudę zmniejszoną cos θ razy, a natężenie ∼ amplituda², stąd cos².

  • θ = 0° – przechodzi całe I1; θ = 45° – połowa; θ = 90° (polaryzatory skrzyżowane) – nic.
  • Dane: I0 = 100 W/m², kąt analizatora θ = 30°. Wzory: I1 = I0 przez 2, I = I1 · cos² θ.
  • Obliczenia: I1 = 50 W/m²; cos² 30° = 0,75; I = 50 W/m² · 0,75 = 37,5 W/m².
  • Odpowiedź: I = 37,5 W/m². Dla θ = 60°: cos² 60° = 0,25, I = 12,5 W/m².
Sprawdź, czy rozumiesz

Czy fala dźwiękowa w powietrzu może być spolaryzowana?

3Doświadczenie

  • Źródło światła, polaryzator, analizator z podziałką kątową i miernik natężenia (fotodioda, luksomierz). Obracasz analizator co 15° i notujesz I. Wykres I(θ) ma kształt cos², a wykres I od cos² θ to prosta przez początek o nachyleniu I1.
θI0°45°90°135°180°I₁I₁/260°: I₁/4I = 0
Natężenie za analizatorem w funkcji kąta θ: maksimum dla 0° i 180°, zero dla 90°

4Laser

  • Światło laserowe to skolimowana (prawie równoległa) wiązka światła monochromatycznego, czyli o jednej długości fali. Jest też spójne, dlatego łatwo daje stabilny obraz interferencyjny. Nigdy nie kieruj wiązki lasera w oczy.
Uwaga na błąd

„pierwszy polaryzator przepuszcza całe światło”

Ze światła niespolaryzowanego zostaje połowa natężenia; dopiero analizator daje czynnik cos² θ.

Sprawdź, czy rozumiesz

Co wyróżnia światło laserowe?

✎Ściąga: Polaryzacja, prawo Malusa i laser

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • Prawo Malusa: I = I1 · cos² θ. Analizator przepuszcza amplitudę zmniejszoną cos θ razy, a natężenie ∼ amplituda², stąd cos².
  • Polaryzator przepuszcza tylko składową drgań równoległą do swojej osi. Ze światła niespolaryzowanego przepuszcza połowę natężenia: I1 = I0 przez 2. Drugi polaryzator, którym badamy światło, nazywamy analizatorem.
  • Oznaczenia: I0 — natężenie światła niespolaryzowanego [W/m²]; I1 — natężenie światła spolaryzowanego padającego na analizator [W/m²]; I — natężenie za analizatorem [W/m²]; θ — kąt między kierunkiem polaryzacji światła a osią analizatora.
  • Dane: I0 = 100 W/m², kąt analizatora θ = 30°. Wzory: I1 = I0 przez 2, I = I1 · cos² θ.
  • Obliczenia: I1 = 50 W/m²; cos² 30° = 0,75; I = 50 W/m² · 0,75 = 37,5 W/m².
  • Odpowiedź: I = 37,5 W/m². Dla θ = 60°: cos² 60° = 0,25, I = 12,5 W/m².
  • Światło laserowe to skolimowana (prawie równoległa) wiązka światła monochromatycznego, czyli o jednej długości fali. Jest też spójne, dlatego łatwo daje stabilny obraz interferencyjny. Nigdy nie kieruj wiązki lasera w oczy.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Światło niespolaryzowane przechodzi przez polaryzator. Natężenie zmniejsza się do

    1. Anie zmienia się
    2. Bzera
    3. Cjednej czwartej
    4. Dpołowy
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: połowy – Polaryzator przepuszcza połowę natężenia światła niespolaryzowanego: I₁ = I₀/2.

  2. Prawo Malusa ma postać

    1. AI = I1/cos θ
    2. BI = I1·sin θ
    3. CI = I1·cos θ
    4. DI = I1·cos²θ
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: I = I1·cos²θ – Amplituda maleje cos θ razy, a natężenie ∼ amplituda², więc cos²θ.

  3. Osie polaryzatora i analizatora są prostopadłe (90°). Natężenie za analizatorem wynosi

    1. Apołowę I1
    2. Bzero
    3. Cćwierć I1
    4. DI1
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: zero – cos² 90° = 0 – polaryzatory skrzyżowane wygaszają światło.

  4. θ = 60°, I1 = 50 W/m². Natężenie za analizatorem wynosi

    1. A43 W/m²
    2. B25 W/m²
    3. C12,5 W/m²
    4. D37,5 W/m²
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 12,5 W/m² – I = 50 W/m² · cos² 60° = 50 · 0,25 W/m² = 12,5 W/m²; 25 W/m² to błąd użycia cos zamiast cos².

  5. Światło niespolaryzowane o natężeniu 100 W/m² przechodzi przez polaryzator i analizator ustawiony pod kątem 30°. Natężenie końcowe to

    1. A50 W/m²
    2. B87 W/m²
    3. C75 W/m²
    4. D37,5 W/m²
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 37,5 W/m² – Najpierw 100/2 = 50 W/m², potem 50 · cos² 30° = 50 · 0,75 = 37,5 W/m².

  6. Spolaryzowane liniowo światło lasera o natężeniu 40 W/m² pada na polaryzator, którego oś tworzy 45° z kierunkiem polaryzacji. Za polaryzatorem natężenie wynosi

    1. A20 W/m²
    2. B40 W/m²
    3. C28 W/m²
    4. D10 W/m²
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: 20 W/m² – Światło już jest spolaryzowane, więc bez dzielenia przez 2: I = 40 · cos² 45° = 40 · 0,5 = 20 W/m².

  7. Czy fala dźwiękowa w powietrzu może być spolaryzowana?

    1. ATak, tak jak światło
    2. BTak, ale tylko po przejściu przez szkło
    3. CNie, bo jest falą podłużną
    4. DTak, ale tylko ultradźwięki
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Nie, bo jest falą podłużną – Polaryzacja jest możliwa tylko dla fal poprzecznych.

  8. Co wyróżnia światło laserowe?

    1. ARozchodzi się równomiernie we wszystkie strony
    2. BNie przenosi energii
    3. CJest skolimowaną wiązką światła monochromatycznego
    4. DZawiera wszystkie barwy
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Jest skolimowaną wiązką światła monochromatycznego – Wiązka lasera jest prawie równoległa, ma jedną długość fali i jest spójna.

Cały dział „Fale i optyka (rozszerzenie)”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 3

Ładunek elektryczny i pole elektryczneKondensator – magazyn energii polaPrawo CoulombaNatężenie pola elektrycznegoEnergia potencjalna, potencjał i napięciePrzewodnik w polu i kondensator płaskiNatężenie, napięcie i prawo OhmaOpór przewodnika i charakterystyki I(U)I prawo Kirchhoffa i napięcia ogniwOpór zastępczy i II prawo KirchhoffaSEM i opór wewnętrzny ogniwaMoc, energia i dane znamionoweCiepło Joule’a–LenzaDioda i instalacja domowaMagnesy i linie pola magnetycznegoIndukcja magnetycznaSiła magnetyczna na ładunek i przewodnik z prądemSiła Lorentza i siła elektrodynamicznaTor cząstki, silnik i przewody równoległeFerromagnetyki i pole magnetyczne ZiemiIndukcja elektromagnetyczna i prądnicaStrumień, SEM indukcji i reguła LenzaPrąd przemiennyWartości skuteczne napięcia i natężeniaTransformator i przesył energiiFale elektromagnetyczne i widmoNatężenie faliDyfrakcja i interferencja na szczelinachSiatka dyfrakcyjnaEfekt Dopplera – wzórZałamanie światła i kąt granicznySoczewki cienkie i obrazyFoton, widma i poziomy energii atomuZjawisko fotoelektryczne i jonizacjaIzotopy i promieniowanie jądroweCzas połowicznego rozpaduDeficyt masy i energia wiązaniaRozszczepienie, synteza i energia gwiazdPromieniowanie jonizujące a organizmFizyka współczesna – treści fakultatywneDoświadczenia z klasy III i opis wynikuDoświadczenia R, model i uzasadnienieRuch harmoniczny – wychylenie, prędkość, przyspieszenieSprężyna, wahadło, energia i rezonansBilans cieplny i przemiany fazoweGaz doskonały – równanie Clapeyrona i przemianyModel kinetyczny gazu i ciepło moloweSilniki cieplne i II zasada termodynamiki