Оптика

Парадокс с три поляризатора

Постави трети поляризатор под 45° между кръстосаните и светлината отново минава — I₀/8.

Парадокс с три поляризатора — интерактивна симулация Оптика. Постави трети поляризатор под 45° между кръстосаните и светлината отново минава — I₀/8. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.

Три поляризатора

Постави трети поляризатор под 45° между кръстосаните и светлината отново минава — I₀/8.

Поставянето на трети поляризатор под 45° между кръстосани проектира светлината върху ос, която никой не блокира изцяло, позволявайки частично предаване — противоинтуитивно, но изисквано от последователните фактори на Малюс. Пиковото предаване може да достигне I₀/8 за идеални листове.

• I₀/8 предадено
• 45° в средата

Резюме на изследването

Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията

Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.

Водещ въпрос

Два кръстосани поляризатора (90° един от друг) блокират цялата светлина. Ако вмъкнеш ТРЕТИ поляризатор между тях под някакъв ъгъл, позволява ли добавянето на още един блокиращ елемент да мине ПОВЕЧЕ светлина?

Предсказвания за преценка

• Не — добавянето на който и да е допълнителен поляризатор може само да блокира повече светлина, никога по-малко.
• Изненадващо, да — среден поляризатор под междинен ъгъл реално пропуска част от светлината обратно, повече поляризатори парадоксално възстановявайки предаването.
• Добавянето на трети поляризатор не променя нищо, ако външните двама са пак кръстосани.

Роли на променливите

Какво задаваш ти:

• Ъгъл на средния поляризатор (°)

Какво измерваш:

• Предадена част

Как протича изследването

1. Отвори настройката три поляризатора и натисни Нулирай. Външните поляризатори са фиксирани на 0° и 90° (кръстосани); средният започва на 45°.
2. Включи показанието за краен предаден интензитет.
3. Задай ъгъла на средния поляризатор за всеки опит (външните фиксирани на 0° и 90°) и запиши частта светлина, която минава през всичките три.

Управляващо уравнение

Предаване през три поляризатора — I = I₀·cos²θ

Минаването през три поляризатора последователно умножава три фактора: 50% пропускане на неполяризирана светлина от първия поляризатор, после законът на Малюс cos² на всяка следваща ъглова стъпка. Среден поляризатор под междинен ъгъл може да предаде далеч повече от два кръстосани поляризатора сами.

Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист

• За един опит изчисли предадената част като 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), където първоначалният фактор 0.5 отчита неполяризираната светлина, минаваща първия поляризатор, после две стъпки по закона на Малюс (0° към θ_mid, после θ_mid към 90°). Сравни с таблицата. Потвърди, че θ_mid = 45° дава точно 1/8.
• Обясни защо среден поляризатор на 45° — точно по средата между кръстосаните външни — максимизира изненадващия ефект „пропусни светлината обратно“: всяка стъпка от 45° сама предава cos²(45°) = 50%, много по-добре от скока направо от 0° към 90° (който предава 0%).

Къде това се появява извън лабораторията

• Този ефект „повече филтри, повече предаване“ има известен квантов механичен аналог (експериментът с трите поляризатора, демонстриращ че измерването променя кваново състояние). Обясни, в класически вълнови термини, защото всеки поляризатор не просто „избира“ вече-съществуваща светлина на собствената си ориентация, а активно проектира светлината върху собствената си ос, променяйки състоянието ѝ.
• Какво става с предадената част, когато ъгълът на средния поляризатор приближава 0° (подравнен с първия) или 90° (подравнен с последния)? Ползвай формулата си, за да провериш и двете граници, и обясни физически защо имат смисъл.

• AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
• IB Physics — C.3 Wave phenomena
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Добре дошъл при трите поляризатори
2. Избери средния поляризатор
3. Натисни Пусни
4. Средният поляризатор пропуска светлина
5. Отвори панела Свойства
6. Справи се!

Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.

Отвори интерактивната лаборатория →

Изтегли работния лист →

Поляризация и закон на Малюс