马吕斯定律实验装置

⑴ 机械工程师都需要哪些知识和技能

注册机械工程师资格考试基础考试大纲

一. 高等数学

1.1 空间解析几何向量代数 直线 平面 柱面 旋转曲面 二次曲面 空间曲线

1.2 微分学极限 连续 导数 微分 偏导数 全微分 导数与微分的应用

1.3 积分学不定积分 定积分 广义积分 二重积分 三重积分 平面曲线积分 积分应用

1.4 无穷级数数项级数 幂级数 泰勒级数 傅里叶级数

1.5 常微分方程可分离变量方程 一阶线性方程 可降阶方程 常系数线性方程

1.6 概率与数理统计随机事件与概率 古典概型 一维随机变量的分布和数字特征 数理统计的基本概念参数估计 假设检验 方差分析 一元回归分析

1.7 向量分析

1.8 线性代数行列式 矩阵 n维向量 线性方程组 矩阵的特征值与特征向量二次型

二. 普通物理

2.1 热学气体状态参量 平衡态 理想气体状态方程 理想气体的压力和温度的统计解释 能量按自由度均分原理 理想气体内能 平衡碰撞次数和平均自由程
麦克斯韦速率分布律 功 热量 内能 热力学第一定律及其对理想气体等值过程和绝热过程的应用 气体的摩尔热容 循环过程 热机效率 热力学第二定律及其统计意义
可逆过程和不可逆过程 熵

2.2 波动学机械波的产生和传播 简谐波表达式 波的能量 驻波 声速 超声波 次声波 多普勒效应

2.3 光学相干光的获得 杨氏双缝干涉 光程 薄膜干涉 麦克尔干涉仪 惠更斯——菲涅耳原理 单缝衍射 光学仪器分辨本领 x射线衍射 自然光和偏振光
布儒斯特定律 马吕斯定律 双折射现象 偏振光的干涉 人工双折射及应用

三. 普通化学

3.1 物质结构与物质状态原子核外电子分布 原子、离子的电子结构式 原子轨道和电子云 离子键特征共价键特征及类型 分子结构式 杂化轨道及分子空间构型
极性分子与非极性分子 分子间力与氢键 分压定律及计算 液体蒸气压 沸点 汽化热 晶体类型与物质性质的关系

3.2 溶液溶液的浓度及计算 非电解质稀溶液通性及计算 渗透压 电解质溶液的电离平衡 电离常数及计算 同离子效应和缓冲溶液 水的离子积及ph值
盐类水解平衡及溶液的酸碱性 多相离子平衡 溶度积常数 溶解度计算

3.3 周期表周期表结构 周期 族 原子结构与周期表关系 元素性质 氧化物及其水化物的酸碱性递变规律

3.4 化学反应方程式 化学反应速率与化学平衡化学反应方程式写法及计算 反应热 热化学反应方程式写法 化学反应速率表示方法 浓度、温度对反应速率的影响
速率常数与反应级数 活化能及催化剂化学平衡特征及平衡常数表达式 化学平衡移动原理及计算 压力熵与化学反应方向判断

3.5 氧化还原与电化学氧化剂与还原剂 氧化还原反应方程式写法及配平 原电池组成及符号 电极反应与电池反应 标准电极电势 能斯特方程及电极电势的应用
电解与金属腐蚀

3.6 有机化学有机物特点、分类及命名 官能团及分子结构式有机物的重要化学反应：加成 取代 消去 氧化 加聚与缩聚典型有机物的分子式、性质及用途：甲烷
乙炔 苯 乙醇 酚 乙醛 乙酸 乙酯 乙胺 苯胺 聚氯乙烯 聚乙烯 聚丙烯酸 酯类 工程塑料(ABS) 橡胶 尼龙66

四. 理论力学

4.1 静力学平衡 刚体 力 约束 静力学公理 受力分析 力对点之矩 力对轴之矩 力偶理论 力系的简化 主失 主矩 力系的平衡
物体系统(含平面静定桁架)的平衡 滑动摩擦 摩擦角 自锁 考虑滑动摩擦时物体系统的平衡 重心

4.2 运动学点的运动方式 轨迹 速度和加速度 刚体的平动 刚体的定轴转动 转动方式 角速度和角加速度 刚体内任一点的速度和加速度

4.3 动力学动力学基本定律 质点运动微分方程 动量 冲量 动量定理 动量守恒的条件 质心 质心运动定理 质心运动守恒的条件 动量矩 动量矩定理
动量矩守恒的条件 刚体的定轴转动微分方程 转动惯量 回转半径 转动惯量的平行轴定理 功 动能 势能 动能定理 机械能守恒 惯性力 刚体惯性力系的简化 达朗伯原理
单自由度系统线性振动的微分方程 振动周期 频率和振幅 约束 自由度 广义坐标 虚位移 理想约束 虚位移原理

五. 材料力学

5.1 轴力和轴力图 拉、压杆横截面和斜截面上的应力 强度条件 虎克定律和位移计算 应变能计算

5.2 剪切和挤压的实用计算 剪切虎克定律 切(剪)应力互等定理

5.3 外力偶矩的计算 扭矩和扭矩图 圆轴扭转切(剪)应力及强度条件 扭转角计算及刚度条件 扭转应变能计算

5.4 静矩和形心 惯性矩和惯性积 平行移轴公式 形心主惯性矩

5.5 梁的内力方程 切(剪)力图和弯矩图 分布载荷、剪力、弯矩之间的微分关系 正应力强度条件 切(剪)应力强度条件 梁的合理截面 弯曲中心概念
求梁变形的积分法 迭加法和卡式第二定理

5.6 平面应力状态分析的数值解法和图解法 一点应力状态的主应力和最大切(剪)应力 广义虎克定律 四个常用的强度理论

5.7 斜弯曲 偏心压缩(或拉伸) 拉—弯或压—弯组合 扭—弯组合

5.8 细长压杆的临界力公式 欧拉公式的适用范围 临界应力总图和经验公式 压杆的稳定校核

六. 流体力学

6.1 流体的主要物理性质

6.2 流体静力学流体静压强重力作用下静水压强的分布规律 总压力的计算

6.3 流体动力学基础以流场为对象描述流动流体运动的总流分析 恒定总流连续性方程、能量方程和动量方程

6.4
流动阻力和水头损失实际流体的两种流态——层流和紊流圆管中层流运动、紊流运动的特征沿程水头损失和局部水头损失边界层附面层基本概念和绕流阻力

6.5 孔口、管嘴出流 有压管道恒定流

6.6 明渠恒定均匀流

6.7 渗流定律 井和集水廊道

6.8 相似原理和量纲分析

6.9 流体运动参数(流速、流量、压强)的测量

七. 计算机应用技术

7.1 计算机应用技术硬件的组成及功能 软件的组成及功能 数制转换

7.2 Windows操作系统基本知识、系统启动 有关目录、文件、磁盘及其它操作 网络功能注：以Windows98为基础

7.3 计算机程序设计语言程序结构与基本规定 数据 变量 数组 指针 赋值语句 输入输出的语句 转移语句 条件语句 选择语句 循环语句
函数子程序(或称过程) 顺序文件 随机文件注：鉴于目前情况，暂采用FORTRAN语言

八. 电工电子技术

8.1 电场与磁场库仑定律 高斯定律 环路定律 电磁感应定律

8.2 直流电路电路基本组件 欧姆定律 基尔霍夫定律 迭加原理 戴维南定理

8.3 正弦交流电路正弦量三要素 有效值 复阻抗 单项和三项电路计算 功率及功率因数 串联与并联谐振 安全用电常识

8.4 RC和RL电路暂态过程三要素分析法

8.5 变压器与电动机变压器的电压、电流和阻抗变换 三相异步电动机的使用常用继电—接触器控制电路

8.6 二极管及整流、滤波、稳压电路

8.7 三极管及单管放大电路

8.8 运算放大器理想运放组成的比例 加、减和积分运算电路

8.9 门电路和触发器基本门电路 RS、D、JK触发器

九. 工程经济

9.1 现金流量构成与资金等值计算现金流量 投资 资产 固定资产折旧 成本 经营成本 销售收入 利润 工程项目投资设计的主要税种
资金等值计算的常用公式及应用 复利系数表的用法

9.2 投资经济效果评价方法和参数净现值 内部收益率 净年值 费用现值 费用年值 差额内部收益率 投资回收期 基准折现率 备选方案的类型
寿命相等方案与寿命不等方案的比选

9.3 不确定性分析盈亏平衡分析 盈亏平衡点 固定成本 变动成本 单因素敏感性分析 敏感因素

9.4 投资项目的财务评价工业投资项目可行性研究的基本内容投资项目财务评价的目标与工作内容 盈利能力分析 资金筹措的主要方式 资金成本
债务偿还的主要方式 基础财务报表 全投资经济效果与自有资金经济效果 全投资现金流量表与自有资金现金流量表财务效果计算 偿债能力分析
改扩建和技术改造投资项目财务评价的特点(相对新建项目)

9.5 价值工程价值工程的内容与实施步骤 功能分析

十. 机械原理

10.1 机械、机构、机器

10.2 机构的结构分析机构的组成 平面机构的机构运动简图 平面机构的自由度计算 机构具有确定运动的条件
计算平面机构自由度时应注意的事项(复合铰链、局部自由度、虚约束)

10.3 机械的摩擦、效率和自锁运动副中摩擦力的确定 机械的效率 机械的自锁 10.4 平面连杆机构及其设计连杆机构及其传动特点
平面四杆机构的类型和应用 平面四杆机构的基本知识(有曲柄的条件、急回运动和行程速比系数、传动角和死点) 平面四杆机构的设计(用作图法设计四杆机构)

10.5 凸轮机构及其设计凸轮机构的应用和分类 推杆的常用运动规律 用作图法进行平板凸轮轮廓曲线的设计(对心移动从动件) 滚子半径选取的原则
压力角与基圆半径的关系

10.6 齿轮机构及其设计齿轮机构的应用及分类 轮廓曲线 渐开线齿廓的啮合特点 渐开线标准 直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸
渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 渐开线直齿圆柱齿轮的变位及变位齿轮传动的类型 斜齿圆柱齿轮传动(基本参数与几何尺寸计算、正确啮合条件)
蜗杆传动(特点、主要参数及几何尺寸) 直齿锥齿轮传动的几何参数和尺寸计算

10.7 齿轮系及其设计齿轮系及其分类 定轴轮系的传动比 周转轮系的传动比 复合轮系的传动比 轮系的功用

10.8 机械的平衡回转件的静平衡 动平衡

十一. 机械设计

11.1 机械设计的主要内容 设计机器的一般程序

11.2 螺纹连接螺纹 螺纹牙的类型和紧固件 螺纹连接的预紧和防松 螺纹连接的强度计算 螺栓组连接的设计计算 紧固件的性能等级及许用应力

11.3 挠性传动带传动的类型 V带的类型与结构 带传动的受力分析 V带传动的设计计算 链传动的特点及应用 滚子链的结构 链传动的运动特性
链传动的受力分析

11.4 齿轮传动特点 失效形式 设计准则 计算载荷 常用材料及其选择原则 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算、设计参数、许用应力与精度选择
标准斜齿圆柱齿轮的受力分析

11.5 蜗杆传动特点 失效形式 受力分析 设计准则 常用材料 普通圆柱蜗杆传动的主要参数、几何尺寸计算、传动效率、润滑和热平衡计算

11.6 滑动轴承滑动摩擦的类型及其特点 滑动轴承的失效形式 常用材料及润滑剂选择 普通径向滑动轴承的主要结构型式 轴瓦结构与设计计算

11.7 滚动轴承基本结构 主要类型 代号和使用性能 滚动轴承类型的选择、尺寸的选择(承载能力与寿命) 滚动轴承装置(支撑结构)的设计

11.8 联轴器和离合器主要类型 特点 选用原则

11.9 轴与轴毂连接轴的分类与材料 轴的强度计算(按扭转强度计算，按弯扭合成强度计算) 轴的结构设计 平键和花键连接的类型、特点及强度校核

11.10 弹簧类型 应用

十二. 工程材料及机械制造

12.1 金属材料的主要力学性质

12.2 铁碳合金相图及其应用

12.3 金属塑性变形的微观机制及对金属组织的性能的影响 再结晶对冷变形金属组织和性能的影响

12.4 钢在热处理过程中的组织转变及组织的形态和性能 常用热处理工艺及应用

12.5 金属材料的表面处理技术及应用

12.6 常用钢材、铸铁的牌号、性能及应用

12.7 常用铝合金、铜合金、轴承合金的牌号、性能及应用

12.8 常用工程塑料、合成橡胶、工程陶瓷、复合材料的性能及应用

12.9 工程材料的选用原则和一般步骤

12.10 合金的铸造性能及其对铸件质量的影响

12.11 铸钢、铸铁及铸铝件生产的过程和特点

12.12 砂型铸造的主要工序和场用设备 砂型铸造浇筑位置和分型面的选择 金属型铸造、压铸及熔模铸造的特点和选用

12.13 金属锻造性能及其影响因素

12.14 自由锻和锤上模锻的特点及其工艺过程 其它模锻方法的特点

12.15 板料冲压的特点、工艺过程及应用

12.16 焊接冶金过程及其对焊接质量的影响 焊接热过程对焊接接头组织、性能的影响

12.17 金属材料的焊接性 常用金属材料焊接方法及相关焊接材料的选用

12.18 常用焊接接头和坡口的形式 焊缝布置的主要原则 焊接结构的工艺性 12.19 常用机械零件毛坯的特点及选用原则

12.20 机械加工机械加工过程 零件表面的形成与切削运动 切削要素 工件装夹 定位原理

12.21 机床与夹具金属切削机床的分类、特点、应用及主要技术参数 数控机床的特点及应用 机床夹具的组成、分类及应用

12.22 金属切削原理金属切削过程 常用刀具材料 刀具几何角度 切削力 切削热 刀具磨损 刀具寿命 切削用量及其选择

12.23 机械加工精度与表面质量机械加工精度及其影响因素 机械加工表面质量及其影响因素 提高机械加工精度和表面质量的措施

12.24 机械加工工艺规程常用机械加工方法及可达到的经济精度 机械加工工艺规程编制的步骤和方法 机械加工工艺规程编制的主要问题
加工余量及工序尺寸的确定 工时定额

12.25 机械装配常用机械装配方法特点及应用规范

12.26 特种加工常用特种加工方法的原理、特点及应用

十三. 机械工程控制

13.1 反馈概念 系统的分类 对控制系统的基本要求

13.2 机械系统的模型系统的微分方程 系统的传递函数 传递函数方框图及其简化 反馈控制系统的传递函数

13.3 时间响应时间响应及分析方法 典型输入信号 一阶系统 二阶系统 系统误差分析

13.4 频率特性频率特性及其图示方法 闭环频率特性 频率特性的特征量

13.5 系统的稳定性系统稳定性 劳斯稳定判据 乃奎斯特稳定判据 伯德稳定判据

十四. 热工

14.1 热能转换的定律热力系 状态及状态参数 平衡状态 状态方程 准平衡态过程与可逆过程 功与热量 热力循环热力学第一定律 闭口系统能量方程
稳定

流动系统能量方程及其应用热力学第二定律 卡诺循环及卡诺定理 熵 孤立系统的熵增原理 能量的品质和能量贬值原理

14.2 工质的热力性质和热力过程物质的三态及相变过程 理想气体的热力性质和热力过程 蒸汽的热力性质和热力过程 湿空气及其热力过程 理想气体混合物
14.3 热量传递导热 稳态导热的计算 非稳态导热对流换热 自然对流换热及其实验关联式 强迫对流换热及其实验关联式凝结和沸腾时的对流换热辐射换热的定律
黑体间的辐射换热和角系数 灰体间的辐射换热

十五. 测试技术

15.1 信号分析信号与信息 信号分类 周期信号、非周期信号和随机信号的时域和频域特征

15.2 工程中常用传感器的转换原理及应用

15.3 测试装置测试装置的静态响应特性和动态响应特性 不失真测试的条件 测试装置对典型输入信号的响应

15.4 电桥转换原理 信号的调制与解调 滤波器原理 模/数和数/模转换原理

15.5 信号分析仪及微机测试系统 虚拟仪器及工程应用

15.6 典型非电量参量的测量方法位移 速度 加速度 噪声 温度 压力测量

十六. 职业法规

16.1 我国有关基本建设、建筑、环保、安全及节能方面的法律与法规

16.2 工程设计人员的职业道德与行为规范

⑵ 求一份马吕斯实验报告

实验原理：装置马吕斯定律表述为:一束强度为I0的线偏振光通过检偏器后的强度为I=I0cos2α(1)如图1所示,由起偏器PA产生一线偏振光,强度为I0,其透振方向为MM′,通过检偏器PB后,出射光强为I0cos2α,其中α是PB的透振方向与PA透振方向的夹角.

试验方法：利用光电池接收入射的偏振光,通过A/D转换芯片(ICL7170),将电压值显示在LED上

实验仪器

WGZ-Ⅱ型光强分布测试仪配有起偏、检偏装置和光电探头及数字检流计,可以在垂直于光传播方向的

平面内方便地调整检偏器转角θ,实验光路如图2所示。图2WGZ-Ⅱ型光强分布测试装置简图

⑶ 什么实验说明光具有波动性什么现象说明光具有粒子性

波动性：光的干涉，衍射，偏振光透过偏振器件光强所遵循的马吕斯定律也可以说明光的波动性。

粒子性：光电效应，康普顿效应。

a粒子的散射实验证明的是原子的核式结构，而不是光的粒子性。

如果能量不足以使其跃迁到更外层的轨道，电子就会进行加速运动，并以波的形式释放能量。如果跃迁之后刚好填补了所在轨道的空位，从激发态到达稳定态，电子就停止跃迁。否则电子会再次跃迁回之前的轨道，并且以波的形式释放能量。

(3)马吕斯定律实验装置扩展阅读：

光在同种均匀介质中沿直线传播。小孔成像、日食和月食还有影子的形成都证明了这一事实。

撇开光的波动本性，以光的直线传播为基础，研究光在介质中的传播及物体成像规律的学科，称为几何光学。在几何光学中，以一条有箭头的几何线代表光的传播方向，叫做光线 。

几何光学把物体看作无数物点的组合（在近似情况下，也可用物点表示物体），由物点发出的光束，看作是无数几何光线的集合，光线的方向代表光能的传递方向。

⑷ 法拉第效应的实验原理

法拉第效应是磁场引起介质折射率变化而产生的旋光现象，实验结果表明，光在磁场的作用下通过介质时，光波偏振面转过的角度（磁致旋光角）与光在介质中通过的长度L及介质中磁感应强度在光传播方向上的分量B成正比，即：
θ=VBL
式中V称为费尔德常数，它表征物质的磁光特性。几种材料的费尔德常数值如下表。
法拉第效应实验装置如图所示。由光源产生的复合白光通过小型单色仪后可以获得波长在360～800nm的单色光，经过起偏镜成为单色线偏振光，然后穿过电磁铁。电磁铁采用直流供电，中间磁路有通光孔，保证人射光与磁场B方向一致。根据励磁电流的大小可以求得对应的磁场值。入射光穿过样品后从电磁铁的另一极穿出人射到检偏器上，透过检偏器的光进入光电倍增管，由数显表显示光电流的大小，即出射光强的大小。根据出射光强最大(或最小)时检偏器的位置读数即可得出旋光角。检偏器的角度位置读数也由数显表读出。
由经典电子论对色散的解释可得出介质的折射率和入射光频率w 的关系为：
式中ω0是电子的固有频率，磁场作用使电子固有频率改变为（ωL±ω0）（ωL是电子轨道在外磁场中的进动频率）。使折射率变为：
由菲涅耳的旋光理论可知，平面偏振光可看成由两个左、右旋圆偏振迭加而成，上式中的正负号反映了这两个圆偏振光折射率有差异，以R n 和L n 表示。它们通过长度为L的介质后产生的光程差为：
由它们合成的平面偏振光的磁致旋光角为：
通常，nR，nL，和n，相差甚微，故
将此代入上式，又因ωL≪ω可略去ωL项，得：
可见括号项即为费尔德常数，表示V 值和介质在无磁场时的色散率、入射光波长等有关。由马吕斯定律可知，平面偏振光通过磁场中的介质和检偏器后的光强为：
α为检偏器和起偏器透光轴的夹角，θ为法拉第磁致旋光角。当α=π/4时，
若磁场变化则：
表示此时由检偏器输出的光强将随产生磁场的电流i（调制电流）线性地变化，这就是光强度的磁光调制原理。在α=π/4时，dI/d= 1，即此时调制系统的信号检测灵敏度最高，失真最小。

⑸ 帮忙高手给我写下偏振现象实验的原理和步骤，谢谢了

光的干涉和衍射现象表明了光的波动本性，而光的偏振现象则进一步揭示了光的横波性质。光波是电磁波，电磁波中起光的作用的是电场矢量，所以电矢量又叫光矢量。由于电磁波是横波，所以光波中光矢量的振动方向总和光的传播方向垂直。在垂直于光传播方向内，光矢量可能有不同的振动状态，这种振动状态通常称为光的偏振态。本实验通过观察光的偏振现象，加深对光的偏振的基本规律的认识。通过本实验可以熟悉常用的起偏振和检偏振的方法，同时了解椭圆偏振光、圆偏振光的产生方法和波片的作用原理。

光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象。只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。
[编辑本段]偏振光
①线偏振光：在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在同一平面内，这种光称为线偏振光（或平面偏振光)。你可以通过一个实验想象这是一种什么景象：你把一根绳子的一头拴在邻居院子里的树上，另一头拿在你手里。再假定绳子是从篱笆的两根竹子的正当中穿过去的。如果你现在拿绳子上下振动，绳子产生的波就会从两根竹子之间通过，并从你的手传到那棵树上。这时，那座篱笆对你的波来说是"透明的"。但是，要是你让绳子左右波动，绳子就会撞在两根竹子上，波就不会通过篱笆了，这时这座篱笆就相当于一个起偏振器件。
②部分偏振光：光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅不等，在两个互相垂直的方向上振幅具有最大值和最小值，这种光称为部分偏振光。自然光和部分偏振光实际上是由许多振动方向不同的线偏振光组成。
当光线从空气（严格地说应该是真空）射入介质时，布儒斯特角的正切值等于介质的折射率n。由于介质的折射率是与光波长有关的，对同样的介质，布儒斯特角的大小也是与光波长有关的。以光学玻璃折射率1.4-1.9计算，布儒斯特角大约为54-62度左右。当入射角偏离布儒斯特角时，反射光将是部分偏振光。
③椭圆偏振光：在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动，且电矢量端点描出一个椭圆轨迹，这种光称为椭圆偏振光。迎着光线方向看，凡电矢量顺时针旋转的称右旋椭圆偏振光，凡逆时针旋转的称左旋椭圆偏振光。椭圆偏振光中的旋转电矢量是由两个频率相同、振动方向互相垂直、有固定相位差的电矢量振动合成的结果(见波片)。
④圆偏振光：旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。在我们的观察时间段中平均后，园偏振光看上去是与自然光一样的。但是园偏振光的偏振方向是按一定规律变化的，而自然光的偏振方向变化是随机的，没有规律的。
[编辑本段]偏振现象的发现
1809年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。在进一步研究光的简单折射中的偏振时，他发现光在折射时是部分偏振的。因为惠更斯曾提出过光是一种纵波，而纵波不可能发生这样的偏振，这一发现成为了反对波动说的有利证据。
参见马吕斯定律
1811年，布吕斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。
光的偏振度
在部分偏振光的总强度中，完全偏振光所占的成分叫做偏振度。
偏振度的数值愈接近1，光线的偏振化程度就愈纯粹，一般偏振度都小于1。
[编辑本段]产生偏振光的方法
从自然光获得线偏振光的方法有以下四种：利用反射和折射、利用二向色性、利用晶体的双折射、利用散射。
另外，线偏振光可以经过波晶片产生圆偏振光和椭圆偏振光。
[编辑本段]光的偏振的应用
1. 在摄影镜头前加上偏振镜消除反光
在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜面，能够阻挡这些偏振光，借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。要通过取景器一边观察一边转动镜面，以便观察消除偏振光的效果。当观察到被摄物体的反光消失时，既可以停止转动镜面。
2. 摄影时控制天空亮度，使蓝天变暗。
由于蓝天中存在大量的偏振光，所以用偏振镜能够调节天空的亮度，加用偏振镜以后，蓝天变的很暗，突出了蓝天中的白云。偏振镜是灰色的，所以在黑白和彩色摄影中均可以使用。
3. 使用偏振镜看立体电影
在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片。
立体电影是用两个镜头如人眼那样从两个不同方向同时拍摄下景物的像,制成电影胶片.在放映时,通过两个放映机,把用两个摄影机拍下的两组胶片同步放映,使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上.这时如果用眼睛直接观看,看到的画面是模糊不清的,要看到立体电影,就要在每架电影机前装一块偏振片,它的作用相当于起偏器.从两架放映机射出的光,通过偏振片后,就成了偏振光.左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直,因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直.这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处,偏振光方向不改变.观众用上述的偏振眼镜观看,每只眼睛只看到相应的偏振光图象,即左眼只能看到左机映出的画面,右眼只能看到右机映出的画面,这样就会像直接观看那样产生立体感觉.这就是立体电影的原理.
当然,实际放映立体电影是用一个镜头,两套图象交替地印在同一电影胶片上,还需要一套复杂的装置.
光在晶体中的传播与偏振现象密切相关，利用偏振现象可了解晶体的光学特性，制造用于测量的光学器件，以及提供诸如岩矿鉴定、光测弹性及激光调制等技术手段。

⑹ 马吕斯定律马吕斯定律验证实验

马吕斯定律是关于线偏振光通过检偏器时的光强变化规律。该定律表明，当线偏振光的振动方向与检偏器透光轴的夹角为θ时，透过的光强I与起偏器产生的光强I0之间的关系遵循公式I = I0 * cos²θ。在实验中，首先由起偏器P a产生强度为I0的线偏振光，其振动方向为MM'。经过检偏器P b后，透射光强I会按照马吕斯定律衰减为i0 * cos²θ，其中i0与I0成比例。

为了测量透射光的强度，实验中使用了光电池，其输出电流i与透射光强I成正比。因此，光电池的输出电流i可以表示为i = i0 * cos²θ。实验中采用的WGZ-Ⅱ型光强分布测试仪是一套完备的仪器，它包括起偏器、检偏器、光电探头以及数字检流计，能够在垂直于光传播方向的平面上方便地调整检偏器的转角θ，以进行精确的测量。如图所示，这套装置的简图见图2。

实验装置的光路布局如图2所示，通过精确控制和测量，可以直观验证马吕斯定律的实际效果。

马吕斯指出：强度为Io的线偏振光，透过检偏片后，透射光的强度（不考虑吸收）为I=Io(cosa)^2。

⑺ 偏振现象的研究。求报告

课 题 偏振光现象的研究
1．观察光的偏振现象，掌握产生与检验偏振光的条件和方法；
教 学 目 的 2．测量布儒斯特角；
3．验证马吕斯定律。
重 难 点 1．激光器与光具组的共轴调节；
2．布儒斯特角的测定。
教 学 方 法 讲授、讨论、实验演示相结合。
学 时 3个学时

一、前言
光的偏振是指光的振动方向与光的传播方向的不对称性.偏振现象是证明光为横波的最有力的证据，在科学上具有极其重要的意义。它不但丰富了光的波动说的内容，而且具有重要的应用价值。
自然光是各方向的振幅相同的光，对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势.若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等.线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动.起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件；检偏器是用于鉴别光的偏振状态的器件。
二、实验仪器
He-Ne激光器，光具座，光靶，光学测角台，偏振片，黑玻璃镜，1/2波片，1/4波片，白屏，光功率计等
三、实验原理
1.光的偏振性
光波是波长较短的电磁波，电磁波是横波，光波中的电矢量与波的传播方向垂直。光的偏振观象清楚地显示了光的横波性。光大体上有五种偏振态，即线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光。而线偏振光和圆偏振光又可看作椭圆偏振光的特例。
（1）自然光
光是由光源中大量原子或分子发出的。普通光源中各个原子发出的光的波列不仅初相彼此不相关，而且光振动方向也是彼此不相关的，呈随机分布。在垂直于光传播方向的平面内，沿各个方向振动的光矢量都有。平均说来，光矢量具有轴对称而且均匀的分布，各方向光振动的振幅相同，各个振动之间没有固定的相联系，这种光称为自然光或非偏振光（见下图）。

 我们设想把每个波列的光矢量都沿任意取定的x轴和y轴分解，由于各波列的光矢量的相和振动方向都是无规则分布的，将所有波列光矢量的x分量和y分量分别叠加起来，得到的总光矢量的分量Ex和Ey之间没有固定的相关系，因而它们之间是不相干的。同时Ex和Ey的振幅是相等的，即Ax=Ay。这样，我们可以把自然光分解为两束等幅的、振动方向互相垂直的、不相干的线偏振光。这就是自然光的线偏振表示，如下图（a）所示。分解的两束线偏振光具有相等的强度Ix=Iy，又因 自然光强度

I=Ix+Iy 
所以每束线偏振光的强度是自然光强度的1/2，即

通常用图（b）的图示法表示自然光。图中用短线和点分别表示在纸面内和垂直于纸面的光振动，点和短线交替均匀画出，表示光矢量对称而均匀的分布。
（2）线偏振光

 光矢量只沿一个固定的方向振动时，这种光称为线偏振光，又称为平面偏振光。光矢量的方向和光的传播方向所构成的平面称为振动面，如图（a）所示。线偏振光的振动面是固定不动的，图（b）所示是线偏振光的表示方法，图中短竖线表示光振动在纸面内，点表示光振动垂直于纸面。
（3）部分偏振光
这是介于线偏振光与自然光之间的一种偏振光，在垂直于这种光的传播方向的平面内，各方向的光振动都有，但它们的振幅不相等，如图（a）所示。这种部分偏振光用数目不等的点和短线表示。在图（b）中，上图表示在纸面内的光振动较强，下图表示垂直纸面的光振动较强。要注意，这种偏振光各方向的光矢量之间也没有固定的相的关系。

（4）圆偏振光和椭圆偏振光

 这两种光的特点是在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量按一定频率旋转（左旋或右旋）。如果光矢量端点轨迹是一个圆，这种光叫圆偏振光（见图（a））。如果光矢量端点轨迹是一个椭圆，这种光叫椭圆偏振光（见图（b））。
2. 布儒斯特角
当光从折射率为n1的介质（例如空气）入射到折射率为n2的介质（例如玻璃）交界面，而入射角又满足

时，反射光即成完全偏振光，其振动面垂直于入射面。iB称布儒斯特角，上式即布儒斯特定律。显然，θB角的大小因相关物质折射率大小而异。若n1表示的是空气折射率，（数值近似等于1）上式可写成

3.马吕斯定律
如果光源中的任一波列（用振动平面E表示）投射在起偏器P上（如下图），只有相当于它的成份之一的Ey（平行于光轴方向的矢量）能够通过，另一成份Ex（=E cosθ）则被吸收。与此类似，若投射在检偏器A上的线偏振光的振幅为E0，则透过A的振幅为E0 cosθ（这里θ是P与A偏振化方向之间的夹角）。由于光强与振幅的平方成正比，可知透射光强I随θ而变化的关系为

这就是马吕斯定律。

4.波片
若使线偏振光垂直入射一透光面平行于光轴，厚度为d的晶片，此光因晶片的各向异性而分裂成遵从折射定律的寻常光（o光）和不遵从折射定律的非常光（e光）。因o光和e光

在晶体中这两个相互垂直的振动方向有不同的光速，分别称做快轴和慢轴。设入射光振幅为A，振动方向与光轴夹角为θ，入射晶面后o光和e光振幅分别为Asin θ和Acos θ,出射后相位差

式中λ0是光在真空中的波长，no和ne分别是o光和e光的折射率。
这种能使相互垂直振动的平面偏振光产生一定相位差的晶片就叫做波片。
如果以平行于波片光轴方向为x坐标，，垂直于光轴方向为y坐标出射的o光和e光可用两个简谐振动方程式表示：

该两式的合振动方程式可写成

一般说来，这是一个椭圆方程，代表椭圆偏振光。但是当
（k＝1、2、3…）或
（k＝0、1、2…）
时，合振动变成振动方向不同的线偏振光。后一种情况，晶片厚度

可使o光和e光产生（2k+1）λ/2的光程差，这样的晶片称做半波片,而当
（k＝1、2、3…）
时，合振动方程化为正椭圆方程

这时晶片厚度，称做1/4波片。它能使线偏振光改变偏振态，变成椭圆偏振光。但是当入射光振动面与波片光轴夹角θ＝45°时，Ae＝Ao，合振动方程可写成
即获得圆偏振光。
四、实验内容与步骤
1.布儒斯特角的测定
在光具座上，由氦氖激光器发出的光束擦盘直接入射到立在光学测角台直径上的黑玻璃镜面，先转动测角台，使反射光束原路返回，由此定出入射光束的零度方位，利用滑动座的升降微调装置适当降低角度盘，然后再从入射角为10°~85°范围内寻找反射光束通过检偏器后，光强变到最小（甚至为零）时的角度（器件布置示如下图，也可直接用白屏观察）。这里的检偏器是一个能在支架上转动的偏振片，支架锁紧在测角台的转臂上。用检偏器检查任一反射光束，都是偏振光，在改变入射角的过程中，检偏器透振轴指向水平方向（为什么？）。为了更准确的测量，可以选取48°~64°角的入射角范围，根据消光位置找出布儒斯特角。测量5次，取平均值，将数据填入表（一）。

2.马吕斯定律的验证
如果光源中的任一波列（用振动平面E表示）投射在起偏器P上，只有相当于它的成分之一的（平行于光轴方向的矢量）能够通过，另一成分则被吸收。若投射在检偏器A上的线偏振光的振幅为E0，则透过A的振幅为（这里

是P与A偏振方向之间的夹角）。由于光强与振幅的平方成正比，所以透射光强I随而变化的关系为

这就是马吕斯定律。
实验内容：让激光束垂直通过起偏器成为偏振光，用检偏器检查时，使两个偏振器的透振方向的夹角在从0°转动一周的过程中，用连接光电流放大器的光电探头测量透射光强的相对值I，每10°读取一次数据。将数据填入表（二），然后画出I-关系曲线，或将实验数据输入计算机打印出关系曲线。

3.分析半波片的作用（选做）
在由布儒斯特窗和偏振棱镜联合组成的起偏器D和检偏器A之间加入半波片H，并使其绕水平轴转动360°，观察屏幕上发生消光现象的次数；然后使起偏器的偏振面与检偏器的光轴正交，加入半波片后，将它转到消光位置，再分别转动15°，30°，45°，60°，75°和90°，相应记录每次将A逐次转到消光位置所需转动的角度，根据实验数据分析半波片的作用。将数据填入表（三）中，并作解释。

4.分析1/4波片的作用（选做）
先使线偏振光的偏振面P与检偏器A的光轴正交（这时通过A的光强显示最小），然后在两个偏振棱镜之间加入1/4波片Q，并转动Q，直到通过A的光强恢复到最小。从此位置每当Q转动15°，30°，45°，60°，75°和90°时，都将A转动360°，将数据填入表（四）中，并作解释。
五、数据表格及数据处理
1. θB的测定
表 （一）
θB1 θB2 θB3 θB4 θB5
57.5° 57.9° 57.0° 56.5° 56.3°
θB平均值=57.0°
不确定度的计算：
2. 马吕斯定律的验证
表 （二）
10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 90° 100° 110° 120°
I 758 670 558 450 300 171 67 22 12 45 132 248

130° 140° 150° 160° 170° 180° 190° 200° 210° 220° 230° 240° 250°
380 515 640 737 794 803 777 720 602 470 322 186 85

260° 270° 280° 290° 300° 310° 320° 330° 340° 350° 360°
19 11 38 118 239 377 501 640 718 775 793
画出I-关系曲线

3. 分析半波片的作用
表 （三）
λ/2波片转动角度 15° 30° 45° 60° 75° 90°
检偏器转动角
4.分析1/4波片的作用
表 （四）
λ/4波片转动角度 15° 30° 45° 60° 75° 90°
检偏器转动360°
过程中看到的现象
六、注意事项
1、保护光学元件的光学表面，不得触摸光学元件的光学表面。
2、激光管两端的高压引线头是裸露的，且激光电源空载输出电压高达数千伏，要警惕误触。
3、激光束光强极高，切勿用眼睛对视，防止视网膜遭永久性损伤。
七、思考题
1、有四束光,它们的偏振态分别是:线偏振光,圆偏振光,椭圆偏振光和自然光,怎样鉴别它们？
答:用一块检偏振器分别对四束光迎光旋转检验,当检偏振器旋转一周,发现出射光强两个方位最大,两个方位为零时,该光就是线偏振光;出射光强两个方位最大,两个方位变小时,该光即是椭圆偏振光;当出射光强不变时为圆偏振光和自然光.然后再区别圆偏振光和自然光.将这两束光分别通过l/4波片.通过l/4波片后,自然光还是自然光,用旋转的检偏振器检验,仍然光强不变;而圆偏振光通过l/4波片后变为线偏振光,用检偏振器检验,出现两次最大,两次零光强.
2. 三块外形相同的偏振片、1/2波片、1/4波片被弄混了，能否把它们区分开来？需要借助什么工具？
答:用实验室中的光滑桌面(或玻璃板面)反射钠光,透过三块未知的偏振器件观看反射的钠光,在此过程中,一边旋转偏振器件,一边改变反射光方向，三块偏振器件中必有一块出现"两明两零"的现象,它就是偏振片.此时,钠光的入射角就是布儒斯特角,反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光.另两块是波片,无论怎样旋转它,无论怎样改变反射光线的方向,光强都不发生变化.现在有了一块偏振片,还有已知振动方向的线偏振光.将两块波片分别迎着线偏振光旋转,用偏振片检验出射光强的变化.如果不管在什么方位,总是出现"两明两零"的现象,这块波片一定是l/2波片,因为线偏振光经过l/2波片后仍然是线偏振光.而线偏振光通过l/4波片,仅在线偏振光的振动方向平行(或垂直)l/4波片晶轴的情况下,才会出射线偏振光.在线偏振光振动方向与晶轴成450角时,出射圆偏振光,一般情况下出射椭圆偏振光.
3、用怎样的措施获得圆偏振光？ 答：让自然光通过起偏镜,得到振动方向平行于起偏镜透振方向的线偏振光.再让线偏振光通过一块1 /4波片,波片晶轴z与线偏振光振动方向成45度角,自l/4波片出射的就是圆偏振光.选取l/4波片使分解的o光和e光有±π/2的相位差,光轴z与入射线偏振光振动方向45度的夹角,可使分解的o光和e光有相等振幅.
八、教学后记
一定要对学生强调激光器切不可用眼睛直视，以免出现人生伤害事故；本实验要测量的数据较多，实验的实际操作比较繁琐，因而学生感到完成实验有一定难度，因此在授课中强调学生一定要耐心；实验中要让学生在出现故障时，学会排除故障，并且能够自己动手解决问题，培养学生的动手能力。
执笔人：陈晨