Praktikum Virtual Hukum Malus: Polarisasi dan I = I₀cos²θ

Praktikum virtual hukum Malus ini mengubah praktikum polarisasi pada fisika A-level dan kelas atas sekolah menengah menjadi set data yang cepat dan bersih. Cahaya dari lampu melewati polarisator dan analisator menuju luxmeter. Siswa memutar analisator dari 0° sampai 90°, mencatat bacaan pada setiap sudut, lalu memplot intensitas terhadap θ dan terhadap cos²θ. Garis lurus yang melalui titik asal membuktikan I = I₀cos²θ, dan gradiennya memberi I₀. Filter ketiga di antara dua polarisator bersilangan kemudian meloloskan cahaya lagi, yang menjadi pertanyaan penjelasan yang bagus. Setiap angka di bawah dibaca dari simulasi.

Keterkaitan dengan kurikulum

• AQA A-level Physics 7408, bagian 3.3.1.2: polarisasi sebagai bukti sifat transversal gelombang, dengan penerapan seperti filter polarisasi.
• NSW HSC Physics, Module 7 (The Nature of Light): investigasi untuk membuktikan hukum Malus, I = I_max cos²θ.
• AP Physics 2: polarisasi cahaya sebagai gelombang elektromagnetik transversal.

Simulic tidak berafiliasi dengan AQA, NESA, maupun College Board dan tidak didukung oleh ketiganya.

Sebelum praktikum (5 menit)

Tanyakan: "Saat polarisator dan analisator sejajar, meter membaca I₀. Anda memutar analisator ke 60°. Berapa bagian dari I₀ yang akan dibaca meter?" Siswa memilih ½, ¼, ⅓, atau nol. Pada tautan kelas, ini adalah pertanyaan 1; simulasi terbuka setelah mereka menjawab.

Langkah kerja dalam simulasi

1. Pada tab Hukum Malus, biarkan Sumber pada Cahaya (lampu), Polarisator P pada 0°, dan Lampu ruangan menyala tidak dicentang. Tekan Kosongkan tabel jika tabel sudah berisi baris.
2. Atur Analisator A ke 0°, tunggu sampai bacaan meter stabil, lalu tekan Catat.
3. Ulangi pada 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, dan 90°.
4. Ubah Grafik ke I terhadap cos²θ dan baca garis terbaik di bawah grafik.
5. Centang Tambah filter tengah, atur Sumbu transmisi M ke 45° dan Analisator A ke 90°, lalu catat sekali lagi.

θ (°)	0	15	30	45	60	75	90
cos²θ	1,000	0,933	0,750	0,500	0,250	0,067	0,000
I (lux)

Hasil yang diharapkan

Meter menambahkan fluktuasi sekitar ±0,4 %, jadi bacaan sedikit berbeda antarkelompok.

• Satu percobaan di peramban: 500,1, 463,2, 373,4, 251,1, 125,6, 33,3, dan 0,0 lux untuk θ = 0° sampai 90°. Empat bacaan tambahan pada 60° memberi 124,6–125,0 lux.
• Grafik: I terhadap θ berupa kurva berbentuk S; I terhadap cos²θ berupa garis lurus yang melalui titik asal. Tiga percobaan memberi garis terbaik dengan gradien 498,2, 499,8, dan 499,3 lux serta titik potong yang selisihnya tidak lebih dari 0,1 lux dari nol.
• Mengapa I₀ = 500 lux: lampu memberi 1000 lux, dan polarisator pertama meloloskan separuh cahaya tak terpolarisasi.
• Filter tengah pada 45° di antara dua filter bersilangan: 125,3 lux, seperempat I₀.
• Lampu ruangan menyala pada 90°: bacaan latar 7,9 lux, bukan nol. Jika titik itu ikut dimasukkan, gradien turun menjadi 496,1 lux.

Pertanyaan untuk siswa

1. (Prediksi, ditanyakan lagi setelah praktikum) Pada θ = 60°, berapa bagian dari I₀ yang dibaca meter?
2. Besaran apa yang harus tetap sama saat Anda memutar analisator?
3. Dengan P = 0° dan A = 60°, berapa bacaan meter?
4. Berapa gradien grafik I terhadap cos²θ Anda?
5. Jelaskan mengapa filter tengah pada 45° meloloskan cahaya melalui dua polarisator bersilangan.

Jawaban untuk guru: (1) ¼, karena cos²60° = 0,25. (2) Lampu, sudut polarisator P, dan lampu ruangan (mati). (3) Terima 122–128 lux. (4) Terima 495–505 lux; nilainya sama dengan I₀. (5) Setiap filter meloloskan komponen medan listrik yang searah sumbunya. Cahaya yang keluar dari P memiliki medan pada 0°; filter tengah meloloskan cos²45° = ½ darinya, yang kini terpolarisasi pada 45°; analisator pada 90° membentuk sudut 45° terhadap arah itu dan meloloskan separuhnya lagi. I = 500 × ½ × ½ = 125 lux.

Miskonsepsi umum

• "Intensitas turun sebanding dengan sudut." Pada 30°, meter membaca 373 lux, bukan dua pertiga dari 500. Intensitas bergantung pada cos²θ.
• "Menambah filter hanya dapat menghalangi lebih banyak cahaya." Filter tengah mengubah 0 lux menjadi 125 lux.
• "Semua gelombang dapat dipolarisasi." Hanya gelombang transversal: tab Gelombang & celah menunjukkan gelombang longitudinal pada pegas melewati celah pada sudut berapa pun.

Pengayaan

• Gelombang mikro: atur Sumber ke Gelombang mikro dan ulangi. Pemancarnya sudah terpolarisasi, jadi I₀ bernilai 100 pada skala meter; kisi logam berperan sebagai filter tengah.
• Silau: pada Pemantulan dan kacamata, tekan Ke sudut Brewster untuk air (sekitar 53°) dan bandingkan silaunya dengan dan tanpa Kacamata hitam polarisasi.

Pertanyaan umum

Bisakah saya menetapkan sudut untuk kelas saya?

Bisa. Di halaman Bagikan, tetapkan Sumbu polarisator (atau pemancar) P, Sumbu analisator (atau penerima) A, dan Lampu ruangan menyala pada nilai awal tautan. Tautan kelas terbuka di tab Hukum Malus.

Mengapa bacaannya berkedip?

Model menambahkan fluktuasi acak kecil, seperti luxmeter sungguhan. Tunggu sebentar sebelum menekan Catat, atau catat dua kali lalu ambil rata-ratanya.

Mengapa bacaan pada 90° tidak nol saat lampu ruangan menyala?

Cahaya ruangan mencapai meter tanpa melewati filter. Baca nilai latar ini pada θ = 90° dan kurangkan dari setiap bacaan sebelum memplot.

Simulasi dan panduan terkait

Penjelajah spektrum elektromagnetik – panjang gelombang, frekuensi, energi foton, sumber, kegunaan, dan bahaya Gelombang transversal dan longitudinal – gerak partikel medium

Untuk materi cahaya lainnya, lihat RPP pembiasan dan lensa dan ide pelajaran fisika interaktif.