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Polarisation und Gesetz von Malus – I = I₀cos²θ, Transversalwellen am Spalt, Reflexion und Sonnenbrille

PhysikSchwingungen und WellenAlter 16–17

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Ein virtueller Versuch zur Polarisation: Licht einer Lampe durchläuft Polarisator und Analysator; drehen Sie den Analysator und lesen Sie das Luxmeter ab, um das Gesetz von Malus I = I₀cos²θ zu prüfen, mit Messtabelle und Diagrammen I über θ und I über cos²θ. Sie können einen dritten Filter in die Mitte setzen oder zu Mikrowellen mit einem Metallgitter wechseln. Der Bildschirm Wellen am Spalt zeigt, warum nur Transversalwellen polarisiert werden können; der Bildschirm Reflexion berechnet die Fresnel-Reflexion, den Brewster-Winkel und die Wirkung einer Polarisationssonnenbrille.

Lektion: Polarisation: Licht als Transversalwelle, Polarisationsfilter, Gesetz von Malus, Polarisation durch Reflexion und Brewster-Winkel

Was sie zeigt

Licht ist eine transversale elektromagnetische Welle: Das elektrische Feld schwingt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Gewöhnliches Licht ist unpolarisiert; das Feld zeigt in alle Richtungen quer zum Strahl. Ein Polarisationsfilter lässt nur die Komponente entlang seiner Durchlassrichtung passieren und halbiert so die Intensität unpolarisierten Lichts. Ein zweiter Filter unter dem Winkel θ lässt die Komponente E₀cosθ durch; da die Intensität proportional zum Quadrat der Amplitude ist, gilt I = I₀cos²θ (Gesetz von Malus). Longitudinalwellen lassen sich nicht polarisieren. Reflektiertes Licht ist teilweise polarisiert, unter dem Brewster-Winkel tan θB = n sogar vollständig.

So funktioniert es

Lassen Sie im Reiter Gesetz von Malus den Polarisator P fest, stellen Sie den Analysator A mit dem Regler oder durch seitliches Ziehen im Bild ein und klicken Sie bei mehreren Winkeln auf Notieren. Stellen Sie das Diagramm auf I über cos²θ und lesen Sie I₀ an der Steigung ab. Probieren Sie Mittleren Filter einsetzen zwischen gekreuzten Filtern, Raumlicht an oder Quelle: Mikrowellen. Im Reiter Wellen am Spalt ändern Sie Welle, Schüttelrichtung und Spalt 1. Im Reiter Reflexion und Brille ändern Sie Einfallswinkel i und Polarisationssonnenbrille.

Einstellbare Parameter

  • Bildschirm Gesetz von Malus, Transversal- und Longitudinalwellen am Spalt, Polarisation durch Reflexion, Sonnenbrille
  • Quelle Licht (Lampe), Mikrowellen
  • Achse des Polarisators (oder Senders) P 0–180 °
  • Achse des Analysators (oder Empfängers) A 0–360 °
  • Mittlerer Filter (oder Gitter) eingesetzt
  • Durchlassrichtung des mittleren Filters M 0–180 °
  • Raumlicht an
  • Welle (Bildschirm Wellen am Spalt) Transversalwelle auf einem Seil, Transversal, in alle Richtungen geschüttelt, Longitudinalwelle auf einer Feder
  • Schüttelrichtung 0–180 °
  • Richtung von Spalt 1 0–180 °
  • Zweiter Spalt eingesetzt
  • Richtung von Spalt 2 0–180 °
  • Reflektierende Fläche Wasser (n = 1,33), Glas (n = 1,50)
  • Einfallswinkel i 0–89 °
  • Polarisationssonnenbrille Keine Brille, Durchlassrichtung senkrecht, Um 90° gedreht (Achse waagerecht)

Fragen zum Erkunden

  1. Welche Anzeige erwarten Sie bei θ = 45°, und warum ist das Diagramm I über cos²θ eine Gerade?
  2. Warum lässt ein dritter Filter unter 45° Licht durch zwei gekreuzte Polarisatoren?
  3. Warum kann ein Polarisationsfilter eine Longitudinalwelle wie Schall nicht sperren?

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