Nghịch lý ba cực
1 · Dự đoán
Hai bản phân cực chéo (cách nhau 90°) chặn tất cả ánh sáng. Nếu bạn chèn một bộ phân cực THỨ BA giữa chúng ở một góc nào đó, việc thêm một phần tử chặn khác có cho phép NHIỀU ánh sáng xuyên qua hơn không?
- Không — việc thêm bất kỳ bộ phân cực bổ sung nào chỉ có thể chặn nhiều ánh sáng hơn chứ không bao giờ ít hơn.
- Đáng ngạc nhiên là có - một bộ phân cực ở giữa ở một góc trung gian thực sự cho phép một số ánh sáng quay trở lại, nhiều bộ phân cực hơn lại khôi phục sự truyền qua một cách nghịch lý.
- Việc thêm kính phân cực thứ ba sẽ không thay đổi bất cứ điều gì nếu hai kính phân cực bên ngoài vẫn bị chéo nhau.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt trước ba phân cực và nhấn Đặt lại. Các bản phân cực bên ngoài được cố định ở 0° và 90° (bắt chéo); cái ở giữa bắt đầu ở 45°.
- Cho phép đọc cường độ truyền cuối cùng.
- Đặt góc của bản phân cực giữa cho mỗi lần thử (các bản phân cực bên ngoài cố định ở 0° và 90°) và ghi lại tỷ lệ ánh sáng truyền qua cả ba.
3 · Thu thập dữ liệu
| Góc phân cực giữa (°) | Phân số truyền |
|---|---|
| 30.00 | |
| 45.00 | |
| 60.00 |
Vẽ biểu đồ phân số được truyền (trục y) theo góc giữa (trục x) cho ba lần thử của bạn. Nó có bao giờ khác 0 không?
4 · Phân tích
- Đối với một lần thử, hãy tính tỷ lệ truyền qua là 0,5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), trong đó hệ số 0,5 ban đầu tính đến ánh sáng không phân cực đi qua kính phân cực đầu tiên, sau đó là hai bước theo định luật Malus (0° đến θ_mid, rồi θ_mid đến 90°). So sánh với bảng. Xác nhận θ_mid = 45° cho đúng 1/8.
- Giải thích tại sao một bản phân cực ở giữa ở 45° - chính xác là nằm giữa các bản phân cực bên ngoài chéo - tối đa hóa hiệu ứng 'cho ánh sáng quay ngược qua' đáng ngạc nhiên: riêng mỗi bước 45° truyền cos²(45°) = 50%, tốt hơn nhiều so với việc nhảy thẳng từ 0° đến 90° (truyền 0%).
5 · Gia hạn
- Hiệu ứng 'nhiều bộ lọc hơn, nhiều truyền dẫn hơn' này có một chất tương tự cơ học lượng tử nổi tiếng (thí nghiệm ba phân cực chứng minh rằng phép đo làm thay đổi trạng thái lượng tử). Giải thích, theo thuật ngữ sóng cổ điển, tại sao mỗi bản phân cực không chỉ 'chọn' ánh sáng có sẵn theo hướng riêng của nó mà còn chủ động chiếu ánh sáng lên trục của chính nó, thay đổi trạng thái của nó.
- Điều gì xảy ra với phần truyền qua khi góc của bản phân cực giữa tiến tới 0° (thẳng hàng với phân cực đầu tiên) hoặc 90° (thẳng hàng với phân cực cuối cùng)? Sử dụng công thức của bạn để kiểm tra cả hai giới hạn và giải thích về mặt vật lý tại sao chúng có ý nghĩa.
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Truyền ba cực
Việc truyền qua ba bản phân cực theo trình tự sẽ nhân ba hệ số: 50% ánh sáng không phân cực truyền qua của bản phân cực đầu tiên, sau đó là định luật Malus cos² ở mỗi bước góc tiếp theo. Một bản phân cực ở giữa ở một góc trung gian có thể truyền nhiều hơn hai bản phân cực chéo nhau.