光的旋光性及其应用实验

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1、实验十八光的旋光性及其应用A光的偏振现象【预习思考题】　1.光的偏振现象说明了什么?一般用哪个矢量表示光的振动方向?2.什么是偏振光？什么是自然光？3．线偏振光如何产生？【实验目的】　1．观察光的偏振现象，加深对偏振光的了解；2．掌握产生和检验偏振光的方法和元件。【实验仪器】偏振片（两个）、钠光灯等。【实验原理】光波是一种电磁波，它的电矢量E和磁矢量H相互垂直，并垂直于光的传播方向C。通常人们用电矢量E代表光的振动方向，并将电矢量E和光的传播方向C所构成的平面称为光的振动面。图1平面偏振光、自然光和部分偏振光在传播过程中，电矢量的振动方向始终在某一确定方向的

2、光称为平面偏振光或线偏振光，如图1a所示。若在与传播方向相垂直的一切可能的方向，没有一个方向的振动比其它方向更占优势，这种光对外不显现偏振的性质，称为自然光，如图1b所示。自然光与偏振光的混合光称为部分偏振光。如图1c所示。自然光、偏振光、部分偏振光通常用图2表示法表示。(a),(d）自然光(b),(e)线偏振光(c),(f)部分偏振光(a)(b)(c)(d)(e)(f)图2几种偏振光表示法偏振片：是用于产生偏振光和检验偏振光的一种器件；通常是利用二向色性晶体或人工制造的方法生产。二向色性指的是有些晶体对不同方向振动的电矢量，具有选择吸收的性质。广泛使用的二

3、向色性片是一种透明的聚乙烯醇片，通过加热和延伸，使得它在特点方向具有排列得很好的长链分子，然后将该片用碘溶液浸染，碘依次沿聚乙烯醇分子的直线排列起来，与碘相联系的导电电子就能顺着那些分子上下循环流动。分子好象是微观的导线。含有这种平行地排列起来的长链分子的薄膜叫做偏振片。当一束自然光射到偏振片上时，吸收平行链长方向的电场分量，而与它垂直的电场分量则几乎不受影响，结果透射光为一平面偏振光。我们把偏振片上能透过电矢量振动的方向称为它的透振方向。像偏振片这样用于产生偏振光的器件称为起偏器。图3自然光穿过偏振片时示意图若在偏振片后面再放一偏振片，就可以用作检验经后的

4、光是否为偏振光，即起了检偏器的作用。当起偏器和检偏器的偏振化方向间有一夹角，则通过检偏器的偏振光强度满足马呂斯定律：　　　　　　（1）当时，，光强最大；当时，，出现消光现象；当为其它值时，透射光强介于之间。自然光线偏振光线偏振光P2偏振化方向P1偏振化方向P1偏振化方向自然光源图4马吕斯定律验证实验示意图【实验内容】用偏振片观察光的偏振现象。（1）将通常的灯光或阳光直接射到偏振片上，以其传播方向为轴转动偏振片一周，用眼睛直接观察并记录透射光强度的变化。（2）在第一个偏振片的后面放上第二个偏振片，其中一个保持不动，转动另一个偏振片一周（转动任意一个都可），用眼

5、睛直接观察并记录透射光强度变化情况。第一个偏振片是将自然光变成偏振光称为起偏器，第二个偏振片用来检验偏振光称为检偏器（光路如图4）。实际上，起偏器和检偏器是互为通用的。【数据处理要求】　　检验自然光和平面偏振光时,将两次观察结果记入表1进行比较，并作出结论。表1观察光波变化表偏振片P转一周,透射光强是否变化?P转动一周,出现几次消光?入射光偏振态放一个放二个B旋光仪的使用线偏振光通过某些物质时，其振动面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象，能产生旋光现象的物质称为旋光物质。旋光仪是测定旋光物质旋光度的仪器，通过对旋光度的测定可确定物质的浓度、纯度、比重、含

6、量等，可供一般的成份分析之用，广泛应用于石油、化工、制药、香料、制糖及食品、酿造等工业。【预习思考题】1．什么是旋光现象？2．怎样辨别零度视场?【实验目的】1．了解旋光仪的原理、构造及使用；2．观察旋光物质的旋光现象；3．学会用旋光仪测糖溶液的旋光率。【实验仪器】旋光仪、钠光灯、糖溶液。【实验原理】若在两个正交（主截面垂直）的偏振片间放一个盛糖溶液的容器，在单色光照射下在偏振片后面会看到明亮的视场。但把检偏器转过一定角度视场即消失。这现象叫旋光现象，它说明糖溶液具有使偏振面旋转的能力。具有使偏振面旋转能力的物质叫旋光物质，如：石英晶体以及糖、酒石酸溶液等都是

7、旋光物质。当观察者迎着光线观察时，振动面顺时针旋转的物质叫右旋物质。反之，叫左旋物质。单色偏振光通过液态旋光物质时，振动面的旋转角度与旋光物质的性质、液体厚度浓度有关，其关系为：（1）式中为用波长为的偏振光时测得的旋转角度，称为旋光度，单位为度；为比例系数，称为物质的旋光率，若溶液浓度的单位为，溶液厚度的单位为，则α的单位为．数值上等于偏振光通过浓度为，厚度为的溶液后，振动面旋转的角度．工业上给出的单位为。旋光率标志着溶质的特性，它与波长和温度都有关，并且当溶剂改变时，它也随之发生很复杂的变化。通常给出的某物质的α值，是钠光（）在时给出的。本实验是利用旋光仪

8、通过判断三分视场亮度是否一致来测定振动面的旋转角度。