Optikk

Trepolarisator-paradokset

Sett inn en tredje polarisator i 45° mellom kryssete, og lys kommer igjen gjennom — I₀/8.

Trepolarisator-paradokset — interaktiv Optikk-simulering. Sett inn en tredje polarisator i 45° mellom kryssete, og lys kommer igjen gjennom — I₀/8. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

Tre polarisatorer

Sett inn en tredje polarisator i 45° mellom kryssete, og lys kommer igjen gjennom — I₀/8.

Å sette inn en tredje polarisator i 45° mellom kryssete projiserer lys på en akse ingen av dem blokkerer fullt, og tillater delvis transmisjon — kontraintuitivt, men krevd av sekvensielle Malus-faktorer. Maksimal transmisjon kan nå I₀/8 for ideelle plater.

• I₀/8 transmittert
• 45° i midten

Undersøkelsesgrunnlag

Planlegg spørsmålet før du åpner labben

Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.

Problemstilling

To kryssede polarisatorer (90° fra hverandre) blokkerer alt lys. Hvis du setter inn en TREDJE polarisator mellom dem i en viss vinkel, lar tillegget av et annet blokkerende element MER lys gjennom?

Prediksjoner å veie

• Nei — å legge til en ytterligere polarisator kan bare blokkere mer lys, aldri mindre.
• Overraskende nok, ja — en midtpolarisator i en mellomliggende vinkel lar faktisk noe lys tilbake gjennom, flere polarisatorer gjenoppretter paradoksalt nok transmisjonen.
• Å legge til en tredje polarisator endrer ingenting hvis de ytterste to fortsatt er kryssede.

Variabelroller

Hva du setter:

• Midtpolarisatorens vinkel (°)

Hva du måler:

• Transmittert fraksjon

Hvordan undersøkelsen foregår

1. Åpne tre-polarisatorer-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Ytre polarisatorer er faste ved 0° og 90° (krysset); den midtre starter ved 45°.
2. Aktiver slutt-transmittert-intensitet-avlesningen.
3. Sett midtpolarisatorens vinkel for hvert forsøk (ytre polarisatorer faste ved 0° og 90°) og registrer fraksjonen av lys som klarer seg gjennom alle tre.

Styrende likning

Trepolarisator-transmisjon — I = I₀·cos²θ

Å passere gjennom tre polarisatorer i rekkefølge multipliserer tre faktorer: den første polarisatorens 50 % gjennomgang av upolarisert lys, deretter Malus' lov cos² ved hvert etterfølgende vinkeltrinn. En midtpolarisator i en mellomliggende vinkel kan transmittere langt mer enn to kryssede polarisatorer alene.

Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut

• For ett forsøk, beregn den transmitterte fraksjonen som 0,5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), der den innledende 0,5-faktoren tar hensyn til upolarisert lys som passerer den første polarisatoren, og deretter to Malus-lov-trinn (0° til θ_mid, deretter θ_mid til 90°). Sammenlign med tabellen. Bekreft at θ_mid = 45° gir nøyaktig 1/8.
• Forklar hvorfor en midtpolarisator ved 45° — nøyaktig halvveis mellom de kryssede ytre — maksimerer den overraskende «la lys tilbake gjennom»-effekten: hvert 45°-trinn alene transmitterer cos²(45°) = 50 %, mye bedre enn å hoppe rett fra 0° til 90° (som transmitterer 0 %).

Hvor dette dukker opp utenfor labben

• Denne «flere filtre, mer transmisjon»-effekten har en berømt kvantemekanisk analog (trepolarisator-eksperimentet som demonstrerer at måling endrer en kvantetilstand). Forklar, i klassiske bølgeuttrykk, hvorfor hver polarisator ikke bare «velger» forhåndseksisterende lys av sin egen orientering, men aktivt projiserer lyset på sin egen akse, og endrer tilstanden dets.
• Hva skjer med den transmitterte fraksjonen etter hvert som midtpolarisatorens vinkel nærmer seg 0° (justert med den første) eller 90° (justert med den siste)? Bruk formelen din til å sjekke begge grensene og forklar fysisk hvorfor de gir mening.

• 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. Velkommen til Tre polarisatorer
2. Velg den midtre polarisatoren
3. Trykk Spill av
4. Midtpolarisatoren slipper lys gjennom
5. Åpne Egenskaper-panelet
6. Du klarte det!

Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

Åpne interaktiv lab →

Last ned arbeidsark →

Polarisasjon og Malus' lov