Исследовательская работа по физике на тему: «Поляризация света как физическое явление в науке и в жизни»

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение "Средняя школа № 2 им. Е.А. Горюнова п. Хвойная"

Исследовательская работа по физике на тему:

 «Поляризация света как физическое явление в науке и в жизни»

Выполнила: Быстрова Екатерина,

 ученица 11 класса

Руководитель: Зиновьева Лилия

Ивановна, учитель физики

                                                       2018 год

Содержание

Введение ………………………………………………………………...……..с.3

Глава 1. Объяснение понятия «поляризация» (Теоретическая часть работы)

1.1 Свет – электромагнитная волна………………………………….…………с.5

1. 2.Явление поляризации………………………………….……………...……с.6

1.3.Получение поляризованного света……………………………………..…с.8

1.3.1.Поляризация света при прохождении через поляризатор……...с.8

1.3.2.Поляризация света при отражении от поверхности диэлектрика….……………………………………………….……….…с.11

Глава 2. Создание видеоролика (Практическая часть работы)…………..…с.15

         2.1 Опыт1 ……………………………………………………………..…с.20

         2.2 Опыт2………………………………………...………………………с.20

Заключение………………………………………………………………….….с.21

Литература…………………………………………………………………...…с.22

Приложение№1……………………………………………………………...…с.24

Приложение№2………………………………………………………………...с.30

Приложение№3……………………………………………………………...…с.33

Введение

Актуальность

В современной жизни человек всё чаще встречается с термином «поляризация». Проявление такого явления света как поляризация распространено в природе. Достаточно широка область применения поляризации в технике и быту. Все больше становится изобретений, основанных на поляризации света. Одно из них - поляризационные очки, защищающие  глаза от бликов. Эти очки стали необходимым, а иногда и жизненно необходимым предметом для многих людей.

Так что же такое «поляризация света», в чем заключается сущность и важность этого явления?

Так как многие из нас, может быть, не знают ответы на эти вопросы, я считаю свою тему актуальной.

Цель: изучение явления поляризации света и применение этого явления в производстве и в быту.

Задачи:

1. Подобрать и изучить необходимую литературу (в публикациях и в сети Интернет).

2.Выяснить, что представляет собой явление поляризации света.

3. Рассмотреть области применения изучаемого явления.

4. Провести опыты по  получению и исследованию поляризации света.

5. Соотнести теоретические данные о поляризации света, взятые из различных источников, с результами опытов, которые были  получены на практике для полного исследования явления.

6. Осуществить общее оформление работы (выделить этапы, использовать ссылки на имеющиеся публикации и информацию сети Интернет, составить библиографию).

7. Создать обучающий видеоролик, рассказывающий о поляризации света и ее применении.

8. Продемонстрировать выполненную работу классу на уроке физики с целью освещения явления поляризации, а также применения этого явления.

 Объект исследования: физическое явление.

Предмет исследования: поляризация света.

Методы исследования:

·        Изучение литературы:  этот метод состоит в поиске материала по теме «поляризация света» в книгах и сети Интернет, а также в проверке соответствия информации из разных источников(таким образом мы убеждаемся в верности найденной информации).

·        Анализ литературы: проверка полученной информации на актуальность, распределение полученной информации по микротемам.

·        Эксперимент: проведение опытов с поляризационным стеклом.

·        Наблюдение: съемка экспериментов на видео.

Литературный обзор

В своей работе я использовала различную литературу. Во-первых, это взятые в библиотеке научные книги, из которых я брала основную информацию по поляризации света: для  определение понятия («Энциклопедический словарь юного физика» В.А.Чуянов) и приведения примеров («Медицинская и биологическая физика. Курс лекций с задачами» В.Н. Федорова, Е.В. Фаустов). Дополнить определение, для более понятного чтения, мне помогли учебники физики, используемые в высших учебных заведениях(«Курс физики Том III. Оптика, атомная физика, ядерная физика»  Путилов К.А., Фабрикант В.А. и «Курс физики» Трофимова Т.И.). В разных журналах я нашла статьи с описанием опытов на поляризацию света, которые проделала самостоятельно. Это журнал «Квант» (Митрофанов А. Поляризация света. Простейшие опыты //Квант. — 1999. — № 4. — С. 40-43.) и «Наука и жизнь» (Транковский. С.. Цветной мир прозрачных вещей//Наука и жизнь.–1999.–№7).  Устройство ЖК монитора я узнала на сайте: http://informatika.edusite.ru/slovar_10.html, а на сайте: http://www.3dglasses.cc/3d-applications я познакомилась с принципом работы современного 3D кинотеатра.

Глава 1: Объяснение понятия «поляризация»

1. Свет – электромагнитная волна

Электромагнитная теория света берет начало от работ Максвелла. В основе электромагнитной теории света лежит факт совпадения скорости света со скоростью распространения электромагнитных волн.

После того как Герц экспериментально получил электромагнитные волны и измерил их скорость, электромагнитная теория света была впервые экспериментально подтверждена. Было доказано, что электромагнитные волны при распространении проявляют те же свойства, что и световые: отражение, преломление, интерференцию, поляризацию и др. В конце XIX в. было окончательно установлено, что световые волны возбуждаются движущимися в атомах заряженными частицами.

В электромагнитной волне векторы «В»и «Е»перпендикулярны друг другу и скорости распространения волны.[1] Естественный свет – разновидность электромагнитной волны,  колебания напряженности электрического поля и магнитной индукции происходят по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения волны, т. е. световая волна  - сферическая. Если свет поляризован, то колебания векторов «В» и «Е»происходят не по всем направлениям, а в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Возникает естественный вопрос: если речь идет о направлении колебаний в световой волне, то, собственно говоря, колебания какого вектора — или — имеются в виду? Специально поставленные опыты доказали, что на сетчатку глаза или фотоэмульсию действует электрическое поле

световой волны. В связи с этим за направление колебаний в световой волне принято направление вектора напряженности «Е» электрического поля.

2.Явление поляризации.

Поляризация происходит от латинского слово «полус» — конец оси, полюс. Применительно к свету термин «поляризация» впервые ввел Исаак Ньютон.

Под поляризацией понимают характеристику поперечных волн, описывающую поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Для описания поляризации света достаточно знать положение только одного из векторов. Обычно для этого рассматривается вектор E.

Если вектор E колеблется в разных плоскостях с одинаковой  вероятностью, то такой свет называется естественным или неполяризованным.

Квант света, излучённый атомом, поляризован всегда. Однако излучение макроскопического источника света (электрической лампочки, Солнца, свечи) является суммой излучений огромного числа атомов. Каждый из них излучает квант примерно за 10^-8 секунды, и если все атомы будут излучать свет с различной поляризацией, то поляризация всего пучка будет меняться на протяжении таких же промежутков времени. Поэтому, в естественном свете все эффекты, связанные с поляризацией усредняются, и его называют неполяризованным. Для выделения из неполяризованного света части, обладающей желаемой поляризацией, используют поляризаторы (например, исландский шпат или турмалин, а также искусственные поляризаторы).

Разберём принцип действия поляризатора на простом механическом примере. Мы создаём волну с помощью верёвки, а в качестве препятствия имеем решётку.
 Волны, бегущие по веревке, раскачиваемой в вертикальной плоскости, будут свободно проходить сквозь вертикальную щель решетки.

Если же мы повернем щель на 90°, то этим приостановим колебания, т. е. как бы потушим их. Таким образом, преграда в виде решётки случит поляризатором для бегущих по верёвке поперечных волн, пропуская лишь волны, поляризованные в узком диапазоне углов в вертикальной плоскости.

В случае световых колебаний оказывается возможным создавать подобие такой щели, пропускающей световые колебания, лежащие только в определенной плоскости. Если угол между этой «щелью» и плоскостью световых колебаний равен 90°, то она задержит свет полностью.

Итак:

Поляризация света – процесс упорядочения колебаний вектора напряжённости для электрического поля световой волны при прохождении света сквозь некоторые вещества (при преломлении) или при отражении светового потока.

Поляризатор – вещество (или устройство) служащее для преобразования естественного света в плоскополяризованный[2].

Плоскость поляризации – плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны.
Ученые различают три вида поляризации: линейную (плоскостную), круговую и эллиптическую. В линейно поляризованном свете электрические колебания происходят только в одном направлении. Линейно поляризованный свет возникает при отражении, например, от листа стекла или поверхности воды, при прохождении света через некоторые виды кристаллов, например, кварца, турмалина.

1.3.Получение поляризованного света.

1.3.1.Поляризация света при прохождении через поляризатор

Чтобы наблюдать явление поляризации света, нужно пропустить естественный свет через анизотропную среду (Анизотропная среда – среда, имеющая разные свойства в зависимости от направления внутри этой среды), которая называется поляризатором и «отсекает» ненужные направления колебаний, оставляя какое-то одно.

В качестве поляризаторов используются кристаллы. Один из природных кристаллов, часто и давно применяемых в опытах по изучению поляризации света — турмалин.

Опыты с турмалином

Рассмотрим подробно эксперимент, очень простой и эффектный. Это опыт с кристаллами турмалина (прозрачными кристаллами зеленой окраски).[3]

Кристалл турмалина имеет ось симметрии и принадлежит к числу так называемых одноосных кристаллов. Возьмем прямоугольную пластину турмалина, вырезанную таким образом, чтобы одна из ее граней была параллельна оси кристалла. Если направить нормально к такой пластине пучок света от электрической лампы или солнца, то вращение пластины вокруг пучка никакого изменения интенсивности света, прошедшего через нее, не вызовет (см. рис.). Можно подумать, что свет только частично поглотился в турмалине и приобрел зеленоватую окраску. Больше ничего не произошло. Но это не так. Световая волна приобрела новые свойства.

Эти новые свойства обнаруживаются, если пучок заставить пройти через второй точно такой же кристалл турмалина (см. рис. а), параллельный первому. При одинаково направленных осях кристаллов опять ничего интересного не происходит: просто световой пучок еще более ослабляется за счет поглощения во втором кристалле. Но если второй кристалл вращать, оставляя первый неподвижным (рис. б), то обнаружится удивительное явление – гашение света. По мере увеличения угла между осями интенсивность света уменьшается. И когда оси перпендикулярны друг другу, свет не проходит совсем (рис. в). Он целиком поглощается вторым кристаллом.

 При вращении второй пластинки турмалина вокруг направления луча интенсивность света, прошедшего через пластинки, меняется в зависимости от угла, а между оптическими осями кристал­лов по закону Малюса:

I=I₀cos²a, (190.1)

где I₀ и I — соответственно интенсивности света, падающего на второй кристалл и вышедшего из него. Следовательно, ин­тенсивность прошедшего через пластинки света изменяется от минимума (полное гашение света) при a=p/2 (оптические оси пластинок перпендикулярны) до мак­симума при a=0 (оптические оси пласти­нок параллельны).

Принцип работы искусственных поляризаторов

Поляризующие солнцезащитные очки сделаны из синтетического материала с добавлением игольчатых кристаллов. Эти кристаллы ориентированы параллельно друг другу. Благодаря кристаллам поляризующая линза действует таким образом, как будто она состоит из множества параллельных щелей. Поэтому через поляризатор проходят только те световые волны, у которых плоскость колебаний электрических полей совпадает с направлением расположения параллельных щелей. Если разместить друг перед другом две поляризующие линзы, они будут действовать как два одинаково ориентированных поляризатора. Первая линза по ходу распространения света называется поляризатором, а вторая линза - анализатором (анализатор — такой поляризатор, который используется для определения поляризации света). Когда кристаллы в обеих линзах ориентированы параллельно друг другу, то через линзы проходит максимально возможное количество света. Если, начиная от этого положения, повернуть анализатор на 90°, кристаллы в линзах окажутся расположенными под прямыми углами друг к другу, и поляризованный свет не сможет пройти через анализатор.

1.3.2.Поляризация света при отражении от поверхности диэлектрика

Еще один способ получения поляризованного света — отражение от диэлектрика. Когда свет падает на границу раздела двух сред, луч разделяется на отраженный и преломленный.  При этом лучи являются частично поляризованными, а степень их поляризации зависит от угла падения и от показателя преломления диэлектрика. [4]

Отраженный от диэлектрика свет всегда частично поляризован. При некотором определенном угле падения света i_Б (угол Брюстера) отраженный луч оказывается полностью поляризованным. Угол i_Б,  называемый углом полной поляризации, связан с показателем преломления n диэлектрика 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.

tg i_Б = n

Степень поляризации преломленного луча может быть значительно повышена путем многократного преломления. Так, при прохождении одной стеклянной пластинки степень поляризации преломленного луча не превышает 15 %. Но после прохождения стопы из 16 наложенных друг на друга пластин вышедший свет будет поляризован практически полностью.

Такая совокупность пластинок называется стопой Столетова. К недостаткам этого метода следует отнести низкую интенсивность полученного поляризованного света.

Поляризация при двойном лучепреломлении

При преломлении светового луча на границе раздела с некоторыми анизотропными средами наблюдается явление двойного лучепреломления - преломленный луч раздваивается. При этом оба луча полностью поляризованы.

Оптической анизотропией обладают многие кристаллы из-за асимметрии их решеток (например, исландский шпат).

Двойное лучепреломление - раздвоение светового луча при прохождении через некоторые анизотропные среды, обусловленное зависимостью показателя преломления света от его поляризации и направления распространения.

Один луч подчиняется законам преломления и называется обыкновенным «о». Для другого луча эти законы не выполняются, и его называют необыкновенным «е».

При этом, оба луча плоско поляризованы, а их оси поляризации перпендикулярны друг другу.[5]

Поскольку при двойном лучепреломлении задача получения полностью поляризованного света решается автоматически, остается лишь из двух лучей выделить один. Для этого используют два способа.

1. Призма Николя. Этот поляризатор (рис. 22.7) изготавливается из исландского шпата, для которого показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей различны: n₀ = 1,65, n_е = 1,48. Призма разрезана по диагонали и склеена канадским бальзамом с «промежуточным» показателем преломления n_кб = 1,55.[6]

 Ход лучей в призме Николя

При соответствующих углах падения на грань призмы обыкновенный луч «о» претерпевает полное внутреннее отражение на прослойке канадского бальзама и поглощается зачерненной верхней гранью. Необыкновенный луч «е» проходит через границу и выходит из призмы параллельно нижней грани.

2. Дихроизм, поляроиды. В некоторых кристаллах с двойным лучепреломлением обыкновенный луч «о» поглощается значительно сильнее, чем необыкновенный «е». Такое явление называется дихроизмом. Дихроизмом в диапазоне видимого света обладает, например, турмалин. В пластине турмалина толщиной 1 мм при падающем видимом свете луч «о» практически целиком поглощается. Выходит только луч «е».

Поляризаторы, использующие дихроизм, называются поляроидами. В настоящее время научились изготавливать поляроиды в виде тонких пленок с большой площадью, что дает возможность получать широкие пучки поляризованного света.

Все приборы, дающие поляризованный свет, носят название поляризаторов. Приборы, которые могут служить для обнаружения поляризации света,  называют анализаторами.

Вращение плоскости поляризации оптически активными веществами

Прохождение поляризованного света через некоторые анизотропные среды сопровождается поворотом плоскости его поляризации вокруг направления распространения света. Это явление называется вращением плоскости поляризации. Вещества, в которых наблюдается это явление, называют оптически активными. Примерами твердых оптически активных веществ являются твердые вещества кварц, сахар, киноварь.

Поляризация света в природе

Человеческий глаз весьма чувствителен к окраске (то есть длине волны) и яркости света, но третья характеристика света, поляризация, ему практически недоступна. Мы страдаем «поляризационной слепотой».

В этом отношении некоторые представители животного мира гораздо совершеннее нас. Например, пчелы различают поляризацию света почти так же хорошо, как цвет или яркость. И так как поляризованный свет часто встречается в природе, им дано увидеть в окружающем мире нечто такое, что человеческому глазу совершенно недоступно. Пчелы и муравьи пользуются этой своей способностью для ориентировки в тех случаях, когда Солнце закрыто облаками. Что придает глазу насекомых такую способность? Дело в том, что в глазе млекопитающих (и в том числе человека) молекулы светочувствительного пигмента родопсина расположены беспорядочно, а в глазе насекомого те же молекулы уложены аккуратными рядами, ориентированы в одном направлении, что и позволяет им сильнее реагировать на тот свет, колебания которого соответствуют плоскости размещения молекул[7].

Рассеянный свет неба не что иное, как солнечный свет, претерпевший многократное отражение от молекул воздуха, преломившийся в капельках воды или ледяных кристаллах. Поэтому в определенном направлении от Солнца он поляризован. Поляризация происходит не только при направленном отражении (например, от водной глади), но и при диффузном. С помощью поляроидного фильтра нетрудно убедиться, что поляризован свет, отраженный от покрытия шоссе. При этом действует удивительная зависимость: чем темнее поверхность, тем сильнее поляризован отраженный от нее свет. Эта зависимость получила название - закон Умова, по имени русского физика, открывшего ее в 1905 году. Асфальтовое шоссе в соответствии с законом Умова поляризовано сильнее, чем бетонное, влажное – сильнее, чем сухое. Влажная поверхность не только сильнее блестит, но она еще и темнее сухой. Поляризован и свет гало – светящихся кругов или дуг, появляющихся иногда вокруг Солнца и Луны. В образовании и радуги и гало наряду с преломлением участвует отражение света, а оба эти процесса, как мы уже знаем, приводят к поляризации. Поляризованы и некоторые виды полярного сияния. Наконец, следует отметить, что поляризован и свет некоторых астрономических объектов. Наиболее известный пример – Крабовидная туманность в созвездии Тельца. Свет, испускаемый ею, – это так называемое синхротронное излучение, возникающее, когда быстро летящие электроны тормозятся магнитным полем. Синхротронное излучение всегда поляризовано. Однако, свет, отраженный от поверхности металлов (в том числе от зеркал – ведь каждое зеркало покрыто тонким слоем металла), не поляризован.

Поляризация света в технике

Одной из важных повседневных задач светотехники является плавное изменение и регулировка интенсивности световых потоков. Решение этой задачи с помощью пары поляризаторов (например, поляроидов) имеет ряд преимуществ перед другими методами регулировки. Интенсивность может плавно изменяться от максимальной (при параллельных поляроидах) практически до темноты (при скрещенных). При этом интенсивность меняется одинаково по всему сечению пучка и само сечение остается постоянным. Поляроиды могут быть изготовлены большого размера, поэтому такие пары употребляются не только в лабораторных установках, фотометрах, в секстантах или солнечных очках, но и в иллюминаторах пароходов, окнах железнодорожных вагонов и т. п.

Поляроиды могут использоваться также в системах световой блокировки, т. е. в таких системах, которые пропускают свет там, где нужно, и не пропускают там, где не нужно. Пример — светоблокировка автомобильных фар. Если на фары и смотровые стекла автомобилей поставить поляроиды, ориентированные под 45° вправо к вертикали, то поляроиды на фарах и смотровом стекле данного автомобиля будут параллельны. Следовательно, шофер будет хорошо видеть дорогу и встречные машины, освещаемые собственными фарами. Но поляроид, фар встречных автомобилей будут скрещены с поляроидом смотрового стекла данного автомобиля. Поэтому слепящий свет фар встречного автомобиля будет погашен. Несомненно, это сделало бы ночную работу шоферов значительно проще и безопаснее.

Поляроиды могут быть полезны тем, кто работает на воде (морякам, рыбакам и т. п.), для гашения зеркально отраженных от воды бликов, которые, как мы знаем, частично поляризованы. Поляризаторы широко применяются в фотографии для устранения бликов от фотографируемых объектов (картин, стеклянных и фарфоровых изделий и пр.). При этом можно помещать поляризаторы между источником и отражающей поверхностью, это помогает вовсе погасить блики. Такой метод полезен при освещении фотостудий, картинных галерей, при фотографировании хирургических операций и в ряде других случаев.

Явление поляризации положено в основу 3D кинематографа[8].

В спектроскопии, астрофизике и светотехнике находят широкое применение поляризационные фильтры, позволяющие выделять из исследуемого спектра узкие полосы, а также изменять нужным образом насыщенность или оттенок цвета. Применяемые для астрофизических исследований поляризационные фильтры содержат довольно большое число элементов (например, шесть поляризаторов и пять чередующихся с ними фазовых пластинок с определенной ориентацией) и позволяют получать достаточно узкие полосы пропускания.

Глава 2. Создание видеоролика

Проанализировав весь изложенный выше материал о поляризации света, я начала подготовку к созданию видеоролика. Необходимо было составить сценарий и текст речи, выделить опыты, которые я могу провести в домашних условиях, и подобрать графический материал, чтобы видеоролик было  приятнее смотреть, а речь подкреплялась примерами и становилась понятнее. Также,  я решила включить в видеоролик решение качественной задачи на поляризацию света одного из тренировочных вариантов ЕГЭ по физике.  Сценарий тщательно  перерабатывался, поскольку не содержал отрывки из изложенного в теоретической части материала, а был написан самостоятельно. Окончательный сценарий можно прочитать в приложении к работе[9]. Затем последовали проведение и съемка опытов. Необходимо было получить оборудование. Во всех опытах требовалось поляризационное стекло. Его я извлекла из старого нерабочего калькулятора. Также,  необходимо было собрать установку из фанеры и веревки для демонстрации действия поляризатора

Опыт 1

Оборудование: два поляроида, фонарь.

Ход работы: направим через один из поляризаторов на стену луч фонарика. Расположим второй поляризатор за первым и станем его вращать. В определенном положении свет через два поляризатора не будет проходить, а на месте падения старого луча на стену останется темное пятно.

Вывод: мы получили поляризованный свет, а также подтвердили его получение с помощью второго поляризатора- анализатора.

Опыт 2

Оборудование: ЖК монитор, поляризатор, прозрачные пластмассовые предметы.

Ход работы: Закрепим поляризатор напротив экрана ЖК монитора. Между экраном и поляризатором поместим прозрачные пластмассовые предметы. Хотя мы не можем видеть то, что экран подсвечивается, мы видим, что пластмассовые предметы переливаются яркими цветами.

Вывод: этот опыт подтверждает наличие на мониторе поляризационной пленки, а также иллюстрирует способ проверки качества деталей с помощью поляризации.

Вывод: полученные мною в ходе опытов результаты совпали с предполагаемыми результатами. А значит, опыты были проведены верно.

На основе полученных результатов мной был снят и смонтирован видеоролик. Его можно просмотреть по ссылке в приложении №3.

Заключение

Поставленная цель исследования поляризации света как физического явления в науке и в жизни была достигнута. Я самостоятельно познакомилась с таким физическим явлением как поляризация света. Была подобрана и изучена необходимая литература, а именно для описания этого явления и для определения области его применения, а также были проведены опыты. И таким образом, я получила соответствие результатов проведенных опытов, результатам этого физического явления, описанным в  научной литературе.  Материал по поляризации света поможет при подготовке и  сдаче ЕГЭ по физике.  Как итог этой исследовательской работы был создан обучающий видеоролик на тему: «Поляризации света», который может использоваться  на уроке физики в качестве знакомства и объяснения явления поляризации света. А так же может применяться для самостоятельного изучения явления поляризации света.

Литература:

·         Варламов А. А. Поляризация света /А.А.Варлаков//Квант. — 1987. — № 1. — С. 34−36.

·         Дж. Ван Клив Занимательные опыты по физике/ Дж. Ван Клив.- М.: АСТ, Астрель, 2008. — 253 с.

·         Клив Дженис Ван 200 экспериментов/Дж. Ван Клив.- М.: Джон Уайли энд Санз, 1995. – 256 с.

·          Митрофанов А. Поляризация света. Простейшие опыты /А. Митрофанов//Квант. — 1999. — № 4. — С. 40−43.

·         Мурахвери В. И. Поляризованный свет в природе /В.И.Мурахвери// Наука и жизнь. 1984. № 4.- С. 102−106.

·         Путилов, К.А. Курс физики/ Том III. Оптика, атомная физика, ядерная физика/ К.А. Путилов, В.А.Фабрикант.- Москва: ФИЗМАТГИЗ, 1963 г. - 634 с.

·         Трофимова Т. И. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Таисия Ивановна Трофимова. — М.: Издательский центр «Академия», 2006 — 560 с.

·         Федорова В.Н. Медицинская и биологическая физика. Курс лекций с задачами : учеб. пособие / В.Н. Федорова, Е.В. Фаустов. - 2008. - 592 с.

·         Чуянов, В.А. Энциклопедический словарь юного физика/В.А.Чуянов.— Москва: Педагогика, 1984.— 352 с.

Интернет ресурсы:

·         https://zaochnik.ru/blog/polyarizaciya-sveta-dlya-chajnikov-opredelenie-sut-yavleniya-i-sushhnost/

·         https://studlib.info/fizika/1041219-tema-svet-kak-yelektromagnitnaya-volna-interferenciya-svetovykh-voln/

·         http://informatika.edusite.ru/slovar_10.htm

·         http://www.3dglasses.cc/3d-applications/

·         http://www.a-smirnov.ru/?p=1919

Приложение №1

 «Текст для видеоролика»

         Здравствуйте! Меня зовут Быстрова Екатерина. Я учусь в школе №2 п. Хвойная Новгородской области. Выбирая тему для проектной работы, я наткнулась на рассказ о таком физическом явлении, как поляризация света. Эта тема меня действительно увлекла, и поэтому сейчас я хочу рассказать, что же такое поляризация света, и поделиться опытом, проделанной мной работы.

         Подумайте, что может связывать эти очки для просмотра 3D кино на мне, два с виду прозрачных стеклышка ну и, например, монитор? Ну, конечно, поляризация света. Вообще-то действие этого явления мы можем пронаблюдать на очень многих окружающих нас объектах. Кстати, интересный опыт: если мы начнем вращать два эти стеклышка относительно друг друга, то заметим, что они затемняются и осветляются снова. Но почему так происходит?

         Вероятно, вы уже знаете, что свет можно рассматривать как электромагнитную волну. То есть, что в каждом месте лучика то увеличиваются, то уменьшаются - колеблются два взаимно перпендикулярных вектора: магнитной индукции и электрического поля, которые в свою очередь перпендикулярны направлению распространения этого луча.

Специальные опыты доказали, что на сетчатку человеческого глаза действует электрическое поле световой волны. Именно поэтому за направление колебаний в световой волне принято направление вектора напряженности электрического поля.(Обозначается буквой Е большое)

Излучение макроскопического источника света (солнца, электрической лампочки, свечи) состоит из излучений множества атомов. Испускаемых волн много и у каждой волны будет своя длина, частота, амплитуда и, конечно, направление.

         Если выделить из всего пучка света те волны, которые распространяются в определенном направлении (их вектора напряженности будут параллельны одной плоскости, называемой плоскостью поляризации), то мы получим поляризованный свет. Если же вектор Е колеблется с одинаковой вероятностью в разных плоскостях, то такой свет называют естественным или неполяризованным. Таким образом, поляризация света -процесс упорядочения вектора напряженности световой волны.

         Получить поляризованный свет можно 1) пропуская естественный свет через специальное устройство-поляризатор или 2) отражая его от поверхности диэлектрика.

Рассмотрим поляризацию при прохождении света через поляризатор. Разберем принцип действия  поляризатора на простом механическом примере: запустим волну с помощью веревки, а на ее пути поставим решетку. Волна по веревке, раскачиваемой в вертикальной плоскости, будет свободно проходить через вертикальную щель решетки. Если раскачивать веревку в горизонтальной плоскости, то волна, бегущая по ней, будет полностью гаситься щелью. Так и поляризатор - пропускает световые колебания, лежащие только в плоскости поляризации, а лежащие под углом 90º от нее полностью задерживает.

Поляризаторы бывают природные(это кристаллы, например, исландский шпат или турмалин) и искусственные( из еще называют поляроидами). Кристаллы параллельно расположенные в поляризаторах играют роль “щелей” для естественного света.

         Проведем первый опыт: получим поляризованный свет. Для этого направим свет фонарика через поляроид закрепленный на стекле. И не заметим существенных изменений, ведь человеческий глаз не может отличить поляризованный свет от неполяризованного. Для определения на пути исследуемого света ставится еще один популяризатор, он называется анализатором. Если свет был поляризованный, то вращая анализатор, мы найдем то положение, в котором свет через него совсем не будет проходить, а на месте падения старого луча останется темное пятно. Если же свет был не поляризованный, то он лишь слегка приглушится.

         Пара поляризаторов устанавливается в источниках освещения, чтобы модно было изменять интенсивность, а следственно и яркость света.

         Поляризация положена в основу 3D кинематографа. На экран одновременно проецируется два разных специально измененных 2D изображения. Свет для одного из них поляризован в вертикальной плоскости, а другого в горизонтальной. Стекла очков зрителя - это искусственные поляризаторы, а их плоскости поляризации перпендикулярны друг другу. Например, левый глаз получает только вертикально ориентированный свет, а правый, только ориентированный горизонтально. Получается, что оба глаза зрителя видят разные изображения, а мозг из “складывает”, и решает, что перед ним объемные объекты.

         Поляризационную пленку можно найти также в ЖК-дисплеях и LCD мониторах. Устройство таких экранов напоминает слоеный пирог: свет от люминесцентных ламп или светодиодов сначала рассеивается для равномерности подсветки. Далее идет вертикальный поляризатор. Он отсекает не вертикально колеблющийся свет, а остальной “выровненный” попадает на матрицу, состоящую из ячеек-емкостей с жидкими кристаллами. Жидкие кристаллы имеют свойства жидкости и кристаллов, они являются поляризационными веществами, то есть изменяют направления проходящего через них света при определенных условиях. Так кристаллики в веществе могут поворачиваться, если подать на них напряжение, создать вокруг эл. поле. Меняя напряжение, можно изменять угол отклонения световых лучей, а значит и интенсивность света на выходе. Пятым слоем идет светофильтр. Здесь свет проходит через кристаллы одного из трех цветов: синего, красного или зеленого. Уже цветные лучи попадают на последний слой - еще одну поляризационную пленку, расположенную горизонтально. Если бы свет не поворачивался на жидких кристаллах, то мы бы видели черный пиксель на экране. В тоже время, если жидкие кристаллы максимально преломляют свет, то есть на 90º, то яркость пикселя становится максимальной.

         Исходя из сказанного немного раньше, можно понять, что весь свет, идущий от ЖК-дисплеев, поляризован. Проверим это: направим камеру на монитор и будем поворачивать анализатор. В определенном положении, когда плоскости поляризации встанут под прямым углом, свет не проходит через анализатор, не попадает в объектив, и, следовательно, мы видим темный прямоугольник.

         Для проведения следующего опыта также воспользуемся поляризационной пленкой монитора. Сейчас я закреплю поляризатор на камере и между двумя поляризаторами помещу прозрачную пластмассовую крышку. Картинка получается очень красивая. Мы видим крышку, причем, она светится яркими цветами. Так происходит потому, что свет преломляется на внутренних деформациях крышки, образовавшихся при ее отливе на заводе, и становится уже неполяризованным. Там, где цвета ярче- внутренние напряжения больше(если согнуть крышку они станут еще заметнее), а значит это самые “уязвимые” ее места. Таким образом, проверяют детали на факт повреждения, контролируют их качественное производство, ищут оптимальное строение детали для большей надежности.

         А теперь перейдем ко второму способу получения поляризованного света, а точнее - частично поляризованного. Это отражение и преломление на поверхности диэлектрика.

При падении луча на границу раздела двух диэлектриков (например, воздуха и стекла, воздуха и воды) отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. Тонкая стеклянная пластинка сортирует луч естественного света и на выходе из нее мы получаем немного преломленный и поляризованный луч. Степень поляризации зависит от угла падения луча. Угол при котором поляризация максимальна называют углом Брюстера.

Можно сложить несколько склеенных стеклянных пластинок, и чем больше пластинок в стопке, тем выше становиться степень поляризации. Такая стопка стеклянных пластинок, уложенных под углом, названа “Стопой Столетова”, может использоваться в качестве поляризатора.

         Знание того, что отраженный от диэлектрика луч получается поляризованный, человек тоже придумал, как применить. Так блики от воды, снега, стекла, мокрого асфальта, фар встречных машин можно уменьшить, надев  поляризационные очки. Они гасят часть света, которая поляризована, и на глаза попадает свет меньшей интенсивности. Таким образом, сохраняется не только зрение, но и жизнь автомобилистов, рыбаков, альпинистов и других людей, занятию которых могут помешать блики. Специальный поляризационный фильтр помогает получить фотографам снимок без бликов, например, при съемке витрины магазина или озера.

         Вот и подошло к концу это видео. Спасибо, что досмотрели его до конца. Надеюсь, что поляризация света - поистине волшебный раздел физики (потому что мы не можем увидеть ее своими глазами) стал вам ближе и понятнее.

Приложение  №2

«Рисунки в тексте проекта»

Рисунок 1

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Рисунок 7

Рисунок 8

Приложение №3

                                          «Ссылка на видеоролик»      

https://www.youtube.com/watch?v=MATsP0psM0Y

Приложение №4

«Задача из варианта ЕГЭ по физике на поляризацию света»

Грибник ушёл от дороги далеко в лес и заблудился. Компаса у него не было, погода была облачная, солнца не видно, а без ориентации по сторонам света найти дорогу к своему автомобилю было невозможно. Тут он вспомнил, что в кармане у него есть противобликовые автомобильные очки, покрытые поляроидной плёнкой. Он вышел на поляну, достал очки и стал их поворачивать вокруг оптической оси очковых стёкол, глядя сквозь них на небо в разных направлениях. Через небольшое время он смог определить направление на солнце. Объясните, основываясь на известных физических законах и закономерностях, смысл его действий при таком способе ориентирования.

Ответ:

Грибнику необходимо поворачиваться в очках, смотря на небо. Солнечный свет проходит через облака, состоящие из мельчайших капель воды, являющихся диэлектриком. Он поляризуется, и поэтому облака в направлении солнца затемняются сильнее и разница между яркостью изображений через очки и без очков в этом направлении будет больше, чем в других направлениях. Так грибник определил положение солнца и смог сориентироваться в лесу.

---

[1]Рисунок 1:приложение2

[2] Рисунок 2:приложение 2

[3]Рисунок 3:приложение 2

[4] Рисунок 4:приложение 2

[5] Рисунок 5:приложние 2

[6] Рисунок 6:приложение 2

[7] Рисунок 7, приложение 2

[8] Рисунок 8:приложение 2.

[9] Приложение 1

Краткое описание документа:

Актуальность

В современной жизни человек всё чаще встречается с термином «поляризация». Проявление такого явления света как поляризация распространено в природе. Достаточно широка область применения поляризации в технике и быту. Все больше становится изобретений, основанных на поляризации света. Одно из них - поляризационные очки, защищающиеглаза от бликов. Эти очки стали необходимым, а иногда и жизненно необходимым предметом для многих людей.

Так что же такое «поляризация света», в чем заключается сущность и важность этого явления?

Так как многие из нас, может быть, не знают ответы на эти вопросы, я считаю свою тему актуальной.