实验十三 用示波器法测量铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线范文

本实验中用交流电对铁磁材料样品进行磁化，测得的BH曲线称为“动态磁滞回线”。 【实验目的】

1．利用动态法测量磁性材料的磁化曲线和磁滞回线； 2．了解磁性材料的基本特性；

3．了解磁性材料的退磁以及磁锻炼的方法。 【实验仪器】

TH/KH—MHC型智能磁滞回线实验仪、磁滞回线测试仪、示波器、电源、导线等。 【实验原理】

磁滞回线和基本磁化曲线反映了铁磁材料磁特性的主要特征。本实验仪用交流电对铁磁材料样品进行磁化，测绘的B-H曲线称为动态磁滞回线。测量铁磁材料动态磁滞回线的方法很多，用示波器测绘动态磁滞回线具有直观、方便、迅速及能在不同磁化状态下（交变磁化及脉冲磁化等）进行观察和测绘的独特优点。

1．铁磁材料的磁滞特性

铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质。其特性之一是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ=B/H很高。另一特征是磁滞，铁磁材料的磁滞现象是反复磁化过程中磁场强度H与磁感应强度B之间关系的特性。即磁场作用停止后，铁磁物质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁场强度H之间的关系曲线。

将一块未被磁化的铁磁材料放在磁场中进行磁化，图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B＝H＝O，当磁场强度H从零开始增加时，磁感应强度B随之从零缓慢上升，如曲线oa所示，继之B随H迅速增长，如曲线ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至HS时，B达到饱和值BS，这个过程的oabS曲线称为起始磁化曲线。如果在达到饱和状态之后使磁场强度H减小，这时磁感应强度B的值也要减小。图1表明，当磁场从HS逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点，而是沿另一条新的曲线SR下降，对应的B值比原先的值大，说明铁磁材料的磁化过程是不可逆的过程。比较线段OS和SR可知，H减小B相应也减小，但B的变化滞后于H的变化，这种现象称为磁滞。磁滞的明显特征是当H＝O时，磁感应强度B值并不等于0，而是保留一定大小的剩磁Br。

当磁场反向从O逐渐变至－HD时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，可以施加反向磁场。当反向磁场强度等于某一定值HD时，磁感应强度B值才等于0，HC称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，曲线RD称为退磁曲线。如再增加反向磁场的磁场强H，铁磁材料又可被反向磁化达到反方向的饱和状态，逐渐减小反向磁场的磁场强度至0时，B值减小为Br。这时再施加正向磁场，B值逐渐减小至0后又逐渐增大至饱和状态。

图1还表明，当磁场按HS→O→HC→-HS→O→HD´→HS次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDSRDS变化，可以看出磁感应强度

B值的变化总是滞后于磁场强度H的变

化，这条闭合曲线称为磁滞回线。当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁心），将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。磁滞是铁磁材料的重要特性之一，研究

铁磁材料的磁性就必须知道它的磁滞回线。各种不同铁磁材料有不同的磁滞回线，主要是磁滞回线的宽、窄不同和矫顽力大小不同。

当铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化时将会发热，要消耗额外的能量，因为反复磁化时磁体内分子的状态不断改变，所以分子振动加剧，温度升高。使分子振动加剧的能量是产生磁场的交流电源供给的，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种在反复磁化过程中能量的损耗称为磁滞损耗，理论和实践证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。

应该说明，当初始状态为H＝B＝O的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图2所示，这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线。

图1 铁磁物质B与H的关系曲线 图2 铁磁材料的基本磁化曲线 可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据，图3为常见的两种典型的磁滞回线，其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力小(<102A/m)、剩磁和磁滞损耗均较小，磁滞特性不显著，可以近似地用它的起始磁化曲线来表示其磁化特性，这种材料容易磁化，也容易退磁，是制造变压器、继电器、电机、交流磁铁和各种高频电磁元件的主要材料。而硬磁材料的磁滞回线较宽，矫顽力大（>102A/m），剩磁强，磁滞回线所包围的面积肥大，磁滞特性显著，因此硬磁材料经磁化后仍能保留很强的剩磁，并且这种剩磁不易消除，可用来制造永磁体。

2．示波器测绘磁滞回线原理

待测样品为EI型矽钢片，N为励磁绕组，n为用来测量磁感应强度B而设置的绕组。R1为励磁电流取样电阻，设通过N的交流励磁电流为i，根据安培环路定律，样品的磁场强度：

H  Ni ；L为样品的平均磁路

L图3 不同铁磁材料的磁滞回线

观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图4所示。

2

图4 智能磁滞回线实验线路

(1) 式中的N、L、R1均为已知常数，磁场强度H与示波器X输入U1成正比，所以由U1 可确定H。

iU1R1

HNU1LR1(4-1)

在交变磁场下，样品的磁感应强度瞬时值B是由测量绕组n和R2C2电路确定的。根据法拉第电磁感应定律，由于样品中的磁通φ的变化，在测量线圈中产生的感应电动势的大小为式中S为样品的横截面积。

d  1

12n2dt (4-2) B2dtdtnSnS

考虑到测量绕组n较小，如果忽略自感电动势和电路损耗，则回路方程为： ε2i2R2U2

式中i2为感生电流，U2为积分电容C2两端电压。设在Δt时间内，i2向电容C2的充电电量为Q，则

U2QC2ε2i2R2QC2QC2如果选取足够大的R2和C2，使得i2R2>> ，则上式可以近似改写为

2i2R2 ∵ i2   C 2  ε 2  C 2 R 2 (4-3) 将（4-3）式两边对时间t积分，代入（4-2）式可得

C2R2 n S U 2 （4-4）

BdQdtdU2dtdU2dt4-1式中C2、R2、n和S均为已知常数。磁场强度B与示波器Y输入U2成正比，所以由U2可确定B。在交流磁化电流变化的一个周期内，示波器的光点将描绘出一条完整的磁滞回线，并在以后每个周期都重复此过程，这样在示波器的荧光屏上可以看到稳定的磁滞回线。综上所述，将图5中的U1和U2分别加到示波器的“X输入”和“Y输入”便可观察样品的B－H曲线；如将U1和U2加到测试仪的信号输入端可测定样品的饱和磁感应强度BS、剩磁Rr、矫顽力HD、磁滞损耗[BH]以及磁导率µ等参数。

3

【实验步骤与要求】

1)．电路连接：选样品1按实验仪上所给的电路图连接线路，并令R1＝2.5Ω，“U选择”置于O位。UH和UB（即U1和U2）分别接示波器的“X输入”和“Y输入”，插孔⊥为公共端；

图5 退磁示意图 图6 U2和B的相位差等因素引起的畸变

2)．样品退磁：开启实验仪电源，对试样进行退磁，即顺时针方向转动“U选择”旋钮，令U从0增至3V，然后逆时针方向转动旋钮，将U从最大值降为O，其目的是消除剩磁，确保样品处于磁中性状态，即B＝H＝0，如图5所示；

3)．观察磁滞回线：开启示波器电源，调节示波器，令光点位于荧光屏坐标网格中心，令U＝2.2V，并分别调节示波器x和y轴的灵敏度，使荧光屏上出现图形大小合适的磁滞回线（若图形顶部出现编织状的小环，如图6所示，这时可降低励磁电压U予以消除）。记录下HS，BS，HC，Br各点坐标值，用div表示。（磁滞回线居中）；填下表1，并在报告中用坐标纸画出示意图；

表1

参量 坐标 div HS x1 HS x2 HC HC x4 BS y1 BS y2 Br Br y4 x3 y3 注意：磁滞回线应尽量大些，以减小荧光屏读数相对误差。 4)．观察基本磁化曲线，按步骤2对样品进行退磁，从U＝0开始，逐档提高励磁电压，将在荧光屏上得到面积由小到大一个套一个的一簇磁滞回线。这些磁滞回线顶点的连线就是样品的基本磁化曲线，记录下各电压下相应HS，BS的坐标值，用div表示。填下表1，并在报告中用坐标纸画出示意图；

表2

电压（V） 参量 坐标 div 坐标 div 坐标 div 坐标 div 坐标 div 坐标 div HS x y x y x y x y x y x y BS 注意：实验过程中不能改变示波器x和y轴的灵敏度，。

5)．换样品2，重复上述步骤，并观察、比较样品1和样品2磁化性能的不同。 【思考题】

4

实验十四 夫兰克—赫兹实验

夫兰克——赫兹实验能研究电子与原子碰撞前后的能量变化，可以观测到汞或氩原子的激发电位和电离电位，从而证明原子能级的存在，为玻尔的原子结构理论假说提供有力的实验证据。

一、实验目的

(1)用实验的方法测定汞或氩原子的第一激发电位，从而证明原子分立态的存在； (2)了解电子与原子之间的弹性碰撞和非弹性碰撞。 (3)观察实验现象，加深对玻尔原子理论的理解。 二、实验仪器

夫兰克-赫兹实验仪、电源、示波器。 三、原理和方法

1．玻尔关于原子理论的基本内容

1913年，玻尔（N. bohr）在核式模型的基础上，提出了三个基本假设用于解释氢原子光谱结构，获得了巨大成功。玻尔提出的关于原子理论的三个基本假设是：（1）原子只能较长久地停留在一些稳定状态，简称“定态”，原子在这些状态时不发射也不吸收能量，各定态的能量是彼此分隔的。原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能使原子从一个定态跃迁到另一个定态；（2）原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射能量时，其频率是一定的；（3）电子绕核运动中，其稳定状态必须满足量子化条件。

原子在通常情况下处于低能级（对应于基态），当原子从外界吸收足够能量后，可从低能级跃迁到高能级（对应于激发态）。从基态跃迁到第一激发态时原子所需要的能量称为“临界能量”。原子从低能级跃迁到高能级所需要的能量可以通过吸收具有一定频率的光子来实现，也可通过与其它高速运动粒子的非弹性碰撞而获得能量。本实验中采用电子与原子碰撞的形式给氩原子传递能量。

设电子被加速到原子激发的临界能量的加速电压为U0，即

eU0E2E1

（5.7-1）

E1和E2分别为原子处于基态和第一激发态时的能量，式中，而U0则称为原子的第一激发电势。

测定第一激发电势，便于确认原子能级的存在，了解原子的有关物理、化学以及光学等性质。

2．夫兰克-赫兹实验的基本原理

夫兰克-赫兹实验（简称F-H实验）的原理如图1所示。其中夫兰克-赫兹管（简称F-H管）是一只具有双栅极结构的柱面型四极管，管内充有待测的氩气。第一栅极G1与阴极K之间加上约2V的电压，由电源UG1K提供，其作用是消除空间电荷对阴极散射电子的影响，提高发射效率。灯丝电源UH加热灯丝H，当灯丝H加热时，阴极的氧化层发射慢电子，慢电子在栅极

G2和阴极K间的加速电场的作用下被加速而取得越来越大的能量，并通过管内氩气朝栅极G2运动。由于阴极与G2的距离较大，电子在加速向G2运动的过程中，可能会与氩原子发生多次碰撞，有的可以穿越加速区间到达G2，有的却无法到达G2，有的即使勉强到达，而所具有的定向速度已经很小了。电源UG2A在栅极G2和极板之间建立一个拒斥场，它使到达G2附近而能量小于eUG2A的电子不能到达极板A。测量极板电路中的电流，可以得知到达基本的电子

5

数目。 IAKUHG1ArF-H管G2AGUG1KUG2KUG2AaU0cbd0UG2K 图1 F-H实验原理图 图2 IAUG2K曲线 实验过程中保持UG1K和UG2A的数值不变，直接测量极板电流IA随加速电压UG2K变化的关系，并由此可以确定待测原子的第一激发电势。 在UG2K刚开始升高时，电子的能量较小，即使在运动过程中它与与原子相碰撞（弹性碰撞）也只有微小的能量交换。随着UG2K的升高，电子的能量增大，越来越多的电子具有穿越拒斥场的能力，从而由到达极板A的电子所形成的极板电流IA将也随之增大，如图2的oa段。 当UG2K达到或大于氩原子的第一激发电位（13.1V）时，电子在G2附近与氩原子发生非弹性碰撞。电子把从加速电场中获得的全部或部分能量传递给氩原子，使氩原子从基态激发到第一激发态，而电子本身由于损失了能量，它即使能穿越过G2，也不能克服反向拒斥电场而被迫返回G2，于是极板电流IA将急剧减小，如图2的ab段。此后随着UG2K的增加，电子与氩原子发生非弹性碰撞后余下的能量也随之增大，能够克服拒斥电场的作用力而到达极板A的电子数目也随之增加，如图2的bc段。当UG2K增大到氩原子第1激发电势的2倍时，电子在加速区间又会与氩原子发生第二次非弹性碰撞，从而再次损失能量，导致极板电流IA的再2次下降，如图2的cd段。 34同样的道理，随着加速电压UG2K的增加，电子会在G2附近发生第三次、第四次…非弹性碰撞，导致IA的下跌，形成具有周期性的IAUG2K变化，如图2所示。两峰之间的电势差称为氩原子的第一激发电势。 四、实验内容

1．准备工作

（1）连着好夫兰克-赫兹实验仪和示波器，插上电源，拨动电源开关；

（2）将“手动/自动”切换开关置“自动”档，扫描速度开关调至“快速”， 把Ip电流增益波段开关拨至“10nA”档；

（3）打开示波器开关，分别将“X” 、“Y”电压调节旋钮调至“1V”和“2V”，“POSITION”调至“x—y”，“直交流”全部打到“DC”；

（4）按照仪器上的工作参数设置好Vp、VG1、Vf，将VG2调至最大，此时可以再示波器上观察到稳定的氩的Ip~ VG2曲线；

（5）将“手动/自动”切换开关置“手动”档，将VG2调至最小，缓慢旋转“VG2”调节旋扭，使电压表读数从0V逐渐增大，分别记录各个峰和谷附近时VG2和电流表Ip的读数值（只能

6

看电流表，不能从示波器上看，因为二者不同步），每个峰或谷处及两边各测三个值；

（6）以VG2为横坐标、为Ip纵坐标，在坐标纸上作出Ip~ VG2图线。 四、实验数据记录及处理

1、各个峰和谷附近时VG2和电流表Ip的读数值 内容 1 2 3 4 5 6 2、以VG2为横坐标、为Ip纵坐标，在坐标纸上作出Ip~ VG2图线。

峰处 谷处 VG2（V） Ip（10nA） VG2（V） Ip（10nA） VG2（V） Ip（10nA） VG2（V） Ip（10nA） VG2（V） Ip（10nA） VG2（V） Ip（10nA） 五、思考题

1． 提问：如何使Ｆ—Ｈ实验装置中的恒温罐内的温度保持恒定？

回答：当恒温罐内的温度达到预定值时，调节温控旋钮，使温控指示灯刚好变暗。等几分钟后，如果指示灯又自动亮起来，则说明恒温罐内的温度已其本恒定。

2． 提问：如果拒斥电压小于1.5v，对实验结果有什么影响？

回答：如果拒斥电压远小于1.5v，则拒斥电压产生的电场很弱，电子在该电场中运动时受到的作用力很小，因而，即使能量很小的电子也可从栅极到达板极，形成板极电流。在这种情况下，板极电流随加速电压变化时出现的极大值不明显，测出的数据不精确。

3． 提问：在定性观察板极电流随加速电压的变化规律时，如果板极电流出现的极大值不明显，则应如何调节？

回答：如果板极电流出现的极大值不明显，则首先将拒斥电压调至1.5v，然后，反复调节放大及调零旋钮（这是该实验的关键之处），使板极电流在30～45μA之间变化，且出现比较明显的极大值。 4． 提问：为什么IG2A－UG2K曲线上的各谷点电流随UG2K的增大而增大？

回答：电子与汞原子的碰撞有一定的几率，总会有一些电子逃避了碰撞，穿过栅极而到达板极。随着UG2K的增大，这些电子的能量增大，因此在IG2A－UG2K曲线上的各谷点电流也随着增大。 5． 提问：温度对充汞F－H管的IG2A－UG2K曲线有什么影响？

回答：当温度过大时，单位体积内的汞原子数增加，电子的平均自由程减小，电子与汞原子的碰撞次数增加，因此，在整个加速过程中，弹性碰撞的总能量损失相应增大，其IG2A电流减小。

6． 提问：在IG2A－UG2K曲线上，为什么对应板极电流IG2K第一个峰的加速电压UG2K不等于4.9V？

回答：对应板极电流IG2K第一个峰的加速电压UG2K不等于4.9V的主要原因是：由于阴极与栅极不是由同一种材料组成，其间存在接触电势差。

7

实验十五 用光电效应测普朗克常数

一、【实验目的】

（1）了解光电效应的基本规律；

（2）掌握光电管的一些主要特性，学会正确使用光电管；

（3）册来那个光电管的弱电流特性，找出不同光频率下的截止电压； （4）验证爱因斯坦方程，并由此求出普朗克常数。 二、实验仪器：

暗盒（内装光电管或光电三极管及小灯）、光电效应实验仪 三、实验原理 1. 光电效应

金属在光的照射下释放出电子的现象叫做光电效应。根据爱因斯坦的“光量子概念”，每一个光子具有能量

,当光照射到金属上时,其能量被电子吸收,一部分耗于电子的逸出功

,另一部分转换为电子逸出金属表面后的动能。由能量守恒定律得

（2.2-1）

此式称为爱因斯坦光电方程。式中h为普朗克常数，为入射光的频率，m为电子质量，为电子的最大速度，上式右边第一项为电子最大初动能。用光电方程解释了光电效应的基本实验事实：

电子的初动能与入射光频率呈线性关系，与入射光的强度无关。任何金属都存在一截止频率，

，又称红限，当入射光的频率小于时，不论光的强度如何，都不产生

光电效应。此外，光电流大小（即电子数目）只决定于光的强度。 2. 验证爱因斯坦光电方程，求普朗克常数

本实验采用“减速电位法”决定电子的最大初动能，并由此求出普朗克常数h。实验原理如图2.2-1所示。图中K为光电管阴极，A为阳极。当频率为ν的单色光入射到光电管阴极上时，电子从阴极逸出，向阳极运动，形成电流。当越大，当电压

为正值时，

越大，光电流达到某一负

达到一定值时，光电流饱和，如图2.2-2中虚线所示。若

值时，光电流为零，称为遏止电位或截止电压。这是因为从阴极逸出的具有最大初动能的电子不能穿过反向电场到达阳极，即

8

(2.2-2)

将（2.2-2）代入（2.2-1）式得

当用不同频率的单色光照射时，有

……

联立其中任意两个方程，得

的方法，如果从实验所得的也就证实了光电方程的正确性。 3. 光电管的实际U-I特性曲线

(2.2-3) 关系是一条直线（如图

由此可见，爱因斯坦光电方程提供了一种测量普朗克常数

2.2-3），其斜率k=h/e,e为电子电荷，由此可求出常数h。这

由于下述原因光电管的实测U-I特性曲线如图2.2-2中实线所示，光电流没有一个锐截止点。

(1) 在光电管制造过程中，有些光阴极物质溅射到阳级上，受光照射(包括漫反射光)时， 阳极也会发射光电子，使光电管极间出现反向电流(阳极电流)。

(2) 无光照射时，在外加电压下，光电管中仍有微弱电流流过，称为暗电流。这是由于 光电管电极在常温下的热电子发射以及管座和管壳外表面的漏电造成的。

(3) 阳极和阴极材料不同引起的接触电位差。 4、遏止电位的确定

由于上述原因使遏止电位的确定带有很大的任意性。实验时应根据光电管的不同结构与性能，采用不同方法确定。

(1)阴极是平面电极、阳极做成大环形可加热结构的光电管(如国产1997型或GDh-1型)

9

其阴极电流上升很快，反向电流较小，特性曲线与横轴的交点可近似当作遏止电压，这种方法称为“交点法”。

(2)阴极为球壳形、阳极为半径比阴极小得我的同心小球的光电管(如GD-4开型)，反向电流容易饱和，可以把反向电流进入饱和时的拐点（图2.2-2中）电压近似作为遏止电位，这种方法叫做“拐点法”。

不过，不论采用什么方法，均在不同程度不同上引起系统误差，使测量h的误差较大。 四、实验内容

1. 手动测量光电管的U-I特性曲线。

(1)将光源、光电管暗盒、微电流放大器等安放在适当位置，光源与光电管的距离取30～50cm，注意两者光路共轴。暂不接线。接通微电流测量放大器电源，预热10～20分钟，进行微电流测量放大器的调零和校准。方法是：“校准、调零、测量”开关置于“调零校准”档，置“电流调节”开关于短路档，调节“调零”旋钮使电流表指零，然后“电流调节”拨向“校准”，调“校准”旋钮使电流表指100，调零和校准可反复调整，使之都能满足要求。

(2)用电缆将光电管阴级K与微电流放大器后面板上的“电流输入”相连，用双芯导线将光电管阳极与地连接到后面板的“电压输出”插座上。点亮汞灯。

(3) 测量光电管的暗电流.用遮光罩盖住光电管暗盒窗口,将“调零、校准、测量”开关置于“测量”，测量放大器的电压选择置于“直流”，电流调节置10-10A或10-11A，旋动“电压调节”旋钮，读出-2～+1V间若干电压下相应的电流值，即光电管暗电流。

(4)测不同波长的单色光照射时光电管的U-I特性曲线。取下遮光罩，换上滤色片，逐步改变光电管阳极电压，记录相应的光电流。

逐次换上5个滤色片，测出不同波长下的U-I曲线，在电流变化明显的地方多测几点，以便准确定出。

注意事项：汞灯熄掉后要等几分钟才能再点燃,所以一般不要轻易关汞灯。 五、数据记录及处理（课参考课本P258） 1. 手动测量的数据记录

表一 距离L= cm，光阑孔Φ= mm 365nm 405nm 436nm 546nm 577nm UKA(A) iKA(×10-11A) UKA(A) iKA(×10-11A) UKA(A) iKA(×10-11A) UKA(A) iKA(×10-11A) UKA(A) iKA(×10-11A)

10

2. 手动测量的数据处理

(1) 在同一张坐标线上,作不同波长的单色光照射时的U-I特性曲线，确定对应的。 (2) 作-图线。若为直线，则爱因斯坦方程得到验证。

(3) 同-图线的斜率求出普朗克常数h。并与h的公认值比较，估计h的测量误差。

六、思考题

1、实验误差产生的主要原因是什么？如何减少实验误差？

实验十六 光的偏振现象的研究

光的偏振性质证实了光波是横波，即光的振动方向垂直于它的传播方向。对光波偏振性质的研究不仅使人们加深了对光的传播规律和光与物质相互作用规律的认识，而且在光学计量、光弹性技术、薄膜技术等领域有着重要的应用。 一. 实验目的

1. 观察光的偏振现象，加深对光偏振基本规律的认识。 2. 了解产生和检验偏振光的基本方法。 3. 验证马呂斯定律。 二. 实验仪器

偏振片（两个）、单色玻片、光具座、光电管、白色光屏、电源（30V）、光源等。

图1 平面偏振光、自然光和部分偏振光 三. 实验原理

1. 偏振光的基本概念

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。在传播过程中，电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光，如图1a所示。振动面的取向和光波电矢量的大小随时间作有规律的变化，光波电矢量末端在垂直于传播

11

图2 二向色性起偏 方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆时，称为椭圆偏振光或圆偏振光。通常光源发出的光波有与光波传播方向相垂直的一切可能的振动方向，没有一个方向的振动比其它方向更占优势。这种光源发射的光对外不显现偏振的性质，称为自然光，如图b所示。将自然光变成偏振光的器件称为起偏器，用来检验偏振光的器件称为检偏器。实际上，起偏器和检偏器是互为通用的。下面介绍几种常用的起偏和检偏方法。

２. 利用偏振片起偏、检验、平面偏振光和马呂斯定律

物质对不同方向的光振动具有选择吸收的性质，称为二向色性，如天然的电气石晶体，硫酸碘奎宁晶体等。它们能吸收某方向的光振动而仅让与此方向垂直的光振动通过。如将硫酸碘奎宁晶粒涂于透明薄片上并使晶粒定向排列，就可制成偏振片。当自然光射到偏振片上时，振动方向与偏振化方向垂直的光被吸收，振动方向与偏振化方向平行的光透过偏振片，从而获得偏振光。自然光透过偏振片后，只剩下沿透光方向的光振动，透射光成为平面偏振光（见图2所示）。

若在偏振片P1后面再放一偏振片P2，P2就可以用作检验经P1后的光是否为偏振光，即P2

起了检偏器的作用。当起偏器P1和检偏器的偏振化方向间有一夹角，则通过检偏器P2的偏振光强度满足马呂斯定律：

I=I0cos2θ （3-18-1） 当θ=0时，I=I0， 光强最大；当θ=π/2时，I=0，出现消光现象；当θ为其它值时，透射光强介于0～I0之间。 四. 实验内容及数据记录

1. 自然光和平面偏振光的检验

（1）将平行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，再转动偏振片一周（转动任意一个都可以），用眼睛直接观察透射光强度变化情况。将两次观察结果记入表1进行比较，并作出结论。

表1 用偏振片观察光强变化表

偏振片 P转一周,透射光强是否变化? 放一个 放二个 P转动一周,出现几次消光? 入射光偏振态 2. 验证马呂斯定律 (1) 按图3所示连接实验装置，先固定起偏器P1不动，转动检偏器P2一周，分别依次记录下最亮及最暗时P2所对应的角度，记录于表二。实验时，P1和P2要尽量靠近，光屏要贴近P2，以减小杂散光线对实验结果的影响。

(2)重复上述实验，固定检偏器P2不动，转动起偏器P1一周，分别依次记录下最亮及最暗时P2所对应的角度，记录于表二。

(3)在实验误差允许的范围内，验证马呂斯定律是否正确？

表2 验证马呂斯定律

角度

最亮 最暗 12

最亮 最暗 固定P1不动，转动P2 固定P2不动，转动P1 结论：在实验误差允许的范围内，验证马呂斯定律是正确的。

五. 问题讨论

图3 平面偏振光的产生与检验图 13