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物理實驗

偏振與馬呂斯定律

光通過一片、兩片、三片偏振片:旋轉夾角看穿透光強依 cos²θ 變化。兩片互相垂直時全黑,中間再插入第三片光竟然又透出來——偏振最反直覺的一課。
t = 0.00 s

馬呂斯曲線:偵測器強度對 θ₂

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

偏振片 P₁ 透振軸角 θ₁

即時量測(相對入射強度 I₀)

P₁ 後強度
% I₀
P₂ 後強度
% I₀
P₃ 後強度
% I₀
到達偵測器
% I₀

實驗任務

  1. 正交消光:停用 P₃,設 θ₁=0°、θ₂=90°——偵測器全黑。 慢慢轉動 θ₂ 找出最亮與全黑的角度,兩者相差多少度?
  2. 驗證馬呂斯定律:固定 θ₁=0°,θ₂ 每 15° 記錄一筆最終強度, 下載 CSV 畫「I 對 cos²θ₂」圖——是直線嗎?或直接按「掃描 P₂」看整條 cos² 曲線。
  3. 三片悖論:先設 θ₁=0°、θ₂=90°(全黑),再啟用 P₃、設 θ₃=90°, 然後把 θ₂ 改成 45°——依光路順序 P₁(0°)→P₂(45°)→P₃(90°),中間那片是 P₂, 偵測器透出 12.5%。兩片全黑、中間插一片反而透光——為什麼? (提示:每通過一片,偏振方向就被「重新定義」成該片的軸向。)
  4. 生活連結:偏光太陽眼鏡為什麼能濾掉路面與水面的反光? 液晶螢幕出光本身就是偏振光——戴偏光眼鏡旋轉手機,找出螢幕變暗的角度, 估計螢幕出光的偏振方向。

模型與假設

馬呂斯定律:線偏振光通過透振軸夾角 Δθ 的偏振片後,I=I·cos²Δθ, 且偏振方向變為該片軸向;自然光通過第一片後 I=I₀/2、變為線偏振。
假設:理想偏振片——平行透振軸成分 100% 透過、垂直成分完全吸收, 不計反射與材料吸收損失;角度以鉛直方向為 0°、順時針為正。
實際偏振片另有吸收,實測透過率會低於理論值;光束粗細與亮度僅為強度示意。