光的旋光性及其應(yīng)用實驗

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1、實驗十八光的旋光性及其應(yīng)用A光的偏振現(xiàn)象【預(yù)習(xí)思考題】　1.光的偏振現(xiàn)象說明了什么?一般用哪個矢量表示光的振動方向?2.什么是偏振光？什么是自然光？3．線偏振光如何產(chǎn)生？【實驗?zāi)康摹俊?．觀察光的偏振現(xiàn)象，加深對偏振光的了解；2．掌握產(chǎn)生和檢驗偏振光的方法和元件?！緦嶒瀮x器】偏振片（兩個）、鈉光燈等?！緦嶒炘怼抗獠ㄊ且环N電磁波，它的電矢量E和磁矢量H相互垂直，并垂直于光的傳播方向C。通常人們用電矢量E代表光的振動方向，并將電矢量E和光的傳播方向C所構(gòu)成的平面稱為光的振動面。圖1平面偏振光、自然光和部分偏振光在傳播過程中，電矢量的振動方向始終在某一確定方向的

2、光稱為平面偏振光或線偏振光，如圖1a所示。若在與傳播方向相垂直的一切可能的方向，沒有一個方向的振動比其它方向更占優(yōu)勢，這種光對外不顯現(xiàn)偏振的性質(zhì)，稱為自然光，如圖1b所示。自然光與偏振光的混合光稱為部分偏振光。如圖1c所示。自然光、偏振光、部分偏振光通常用圖2表示法表示。(a),(d）自然光(b),(e)線偏振光(c),(f)部分偏振光(a)(b)(c)(d)(e)(f)圖2幾種偏振光表示法偏振片：是用于產(chǎn)生偏振光和檢驗偏振光的一種器件；通常是利用二向色性晶體或人工制造的方法生產(chǎn)。二向色性指的是有些晶體對不同方向振動的電矢量，具有選擇吸收的性質(zhì)。廣泛使用的二

3、向色性片是一種透明的聚乙烯醇片，通過加熱和延伸，使得它在特點方向具有排列得很好的長鏈分子，然后將該片用碘溶液浸染，碘依次沿聚乙烯醇分子的直線排列起來，與碘相聯(lián)系的導(dǎo)電電子就能順著那些分子上下循環(huán)流動。分子好象是微觀的導(dǎo)線。含有這種平行地排列起來的長鏈分子的薄膜叫做偏振片。當一束自然光射到偏振片上時，吸收平行鏈長方向的電場分量，而與它垂直的電場分量則幾乎不受影響，結(jié)果透射光為一平面偏振光。我們把偏振片上能透過電矢量振動的方向稱為它的透振方向。像偏振片這樣用于產(chǎn)生偏振光的器件稱為起偏器。圖3自然光穿過偏振片時示意圖若在偏振片后面再放一偏振片，就可以用作檢驗經(jīng)后的

4、光是否為偏振光，即起了檢偏器的作用。當起偏器和檢偏器的偏振化方向間有一夾角，則通過檢偏器的偏振光強度滿足馬呂斯定律：　　　　　　（1）當時，，光強最大；當時，，出現(xiàn)消光現(xiàn)象；當為其它值時，透射光強介于之間。自然光線偏振光線偏振光P2偏振化方向P1偏振化方向P1偏振化方向自然光源圖4馬呂斯定律驗證實驗示意圖【實驗內(nèi)容】用偏振片觀察光的偏振現(xiàn)象。（1）將通常的燈光或陽光直接射到偏振片上，以其傳播方向為軸轉(zhuǎn)動偏振片一周，用眼睛直接觀察并記錄透射光強度的變化。（2）在第一個偏振片的后面放上第二個偏振片，其中一個保持不動，轉(zhuǎn)動另一個偏振片一周（轉(zhuǎn)動任意一個都可），用眼

5、睛直接觀察并記錄透射光強度變化情況。第一個偏振片是將自然光變成偏振光稱為起偏器，第二個偏振片用來檢驗偏振光稱為檢偏器（光路如圖4）。實際上，起偏器和檢偏器是互為通用的。【數(shù)據(jù)處理要求】　　檢驗自然光和平面偏振光時,將兩次觀察結(jié)果記入表1進行比較，并作出結(jié)論。表1觀察光波變化表偏振片P轉(zhuǎn)一周,透射光強是否變化?P轉(zhuǎn)動一周,出現(xiàn)幾次消光?入射光偏振態(tài)放一個放二個B旋光儀的使用線偏振光通過某些物質(zhì)時，其振動面將旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象，能產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的物質(zhì)稱為旋光物質(zhì)。旋光儀是測定旋光物質(zhì)旋光度的儀器，通過對旋光度的測定可確定物質(zhì)的濃度、純度、比重、含

6、量等，可供一般的成份分析之用，廣泛應(yīng)用于石油、化工、制藥、香料、制糖及食品、釀造等工業(yè)。【預(yù)習(xí)思考題】1．什么是旋光現(xiàn)象？2．怎樣辨別零度視場?【實驗?zāi)康摹?．了解旋光儀的原理、構(gòu)造及使用；2．觀察旋光物質(zhì)的旋光現(xiàn)象；3．學(xué)會用旋光儀測糖溶液的旋光率?！緦嶒瀮x器】旋光儀、鈉光燈、糖溶液?！緦嶒炘怼咳粼趦蓚€正交（主截面垂直）的偏振片間放一個盛糖溶液的容器，在單色光照射下在偏振片后面會看到明亮的視場。但把檢偏器轉(zhuǎn)過一定角度視場即消失。這現(xiàn)象叫旋光現(xiàn)象，它說明糖溶液具有使偏振面旋轉(zhuǎn)的能力。具有使偏振面旋轉(zhuǎn)能力的物質(zhì)叫旋光物質(zhì)，如：石英晶體以及糖、酒石酸溶液等都是

7、旋光物質(zhì)。當觀察者迎著光線觀察時，振動面順時針旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)叫右旋物質(zhì)。反之，叫左旋物質(zhì)。單色偏振光通過液態(tài)旋光物質(zhì)時，振動面的旋轉(zhuǎn)角度與旋光物質(zhì)的性質(zhì)、液體厚度濃度有關(guān)，其關(guān)系為：（1）式中為用波長為的偏振光時測得的旋轉(zhuǎn)角度，稱為旋光度，單位為度；為比例系數(shù)，稱為物質(zhì)的旋光率，若溶液濃度的單位為，溶液厚度的單位為，則α的單位為．數(shù)值上等于偏振光通過濃度為，厚度為的溶液后，振動面旋轉(zhuǎn)的角度．工業(yè)上給出的單位為。旋光率標志著溶質(zhì)的特性，它與波長和溫度都有關(guān)，并且當溶劑改變時，它也隨之發(fā)生很復(fù)雜的變化。通常給出的某物質(zhì)的α值，是鈉光（）在時給出的。本實驗是利用旋光儀

8、通過判斷三分視場亮度是否一致來測定振動面的旋轉(zhuǎn)角度。