Excel软件在光偏振实验数据处理中的应用

2023-12-04 理论教育版权反馈

【摘要】：Excel软件在光偏振实验数据处理中的应用武汉东湖学院基础课部物理教研室徐进霞，刘雅娴本文介绍了Excel在光偏振实验数据处理中的应用步骤。图7I-θ的曲线四、结论本文分步骤介绍了Excel在光偏振实验数据处理中的应用。用Excel来进行光偏振实验数据处理不仅可以实现数据处理简单化，还可以准确作图；对提高学生计算机应用能力、开拓视野、激发学生的创造能力，以及对今后的学习和工作都有大有裨益。

武汉东湖学院基础课部物理教研室　徐进霞，刘雅娴

本文介绍了Excel在光偏振实验数据处理中的应用步骤。Excel用来进行光偏振实验数据处理不仅可以实现数据处理简单化，还可以准确作图，因此，掌握其应用，对于培养我校理工科学生利用计算机软件处理实验数据的能力以及他们今后的深造都大有裨益。

一、引言

光的偏振特性是光作为横波区别于纵波的一个重要特性，是波动光学教学中的一个重要部分。近20年来，随着线性光学、量子光学以及激光的飞速发展，对光的偏振特性的研究成为令人关注的焦点，对光的偏振特性知识的掌握也成为必需。但是，在实际教学中，学生对光的偏振特性接触的较少，不易理解。通过光学实验让学生掌握光的偏振现象是理论与实验相结合的好方法。光学实验中，对光的偏振现象研究的一个重要内容是利用激光功率计测光强验证马吕斯定律。传统实验数据处理的方法有一定的弊端，如果在处理过程中稍有不慎就不能正确反映物理量之间的关系，从而得到错误的结论。Excel有数据分析和绘图两大功能，熟练使用它可以大大地提高效率，从而达到事半功倍的效果。

计算机作为信息时代的标志具有多种功能。利用计算机软件进行数据处理和作图是信息时代的要求，这就要求我们要及时调整教学内容，采用现代教学手段；对学生来说也是一个锻炼，可以让他们学会思考，提高学习兴趣，提高他们的计算机应用能力。

二、实验原理

某些晶体对两个互相垂直的光矢量振动具有不同的吸收本领，具有这种选择性吸收性质的晶体称为二向色性晶体。当入射光的振动方向与晶体的光轴垂直时，光被吸收而不能透过；当入射光的振动方向与晶体光轴平行时，光很少被吸收而能透过晶体。在塑料薄膜上涂敷一层二向色性的微晶，然后拉伸薄膜，使二向色性晶体沿拉伸方向整齐排列，把薄膜夹在两个透明塑料片或者玻璃片之间便成为偏振片。每块偏振片都有一个特有的偏振化方向，即当光波穿过它时，只允许光矢量的振动方向与偏振化方向平行的光波通过，而光矢量的振动方向与偏振化方向垂直的光波则被吸收。因此，自然光通过偏振片后，就成为光矢量的振动方向与偏振化方向平行的偏振光如图1所示。

图1　偏振片的二向色性

若在偏振片P₁后面再放一偏振片P₂，P₂就可以检验P₁后的光是否为偏振光，即P₂起了检偏器的作用。当起偏器P₁和检偏器P₂的偏振化方向之间的夹角为θ时（如图2所示），则通过检偏器P₂的偏振光强度I满足马吕斯定律：

I=I₀COS²θ

图2　起偏和检偏

式中₀I为通过起偏器₁P的透射光的光强。从上式可知，线偏振光通过检偏器₂P的透射光强I随θ作周期性变化。如果转动检偏器，透射光强随之变化：当θ=0°时，透射光强I=I₀最大；当θ=90°时，会出现全暗的现象（消光现象），即I=0。本实验从θ=0°开始旋转检偏器，记录0°—180°每隔10°的光电流数据I（功率计的示数）。

三、实验数据分析及讨论

传统的做法要求学生用坐标纸描点画图，不仅费时、费力，而且学生实验报告作图误差普遍较大。在作图时主观因素多随意性强，人为改变绘图比例缺乏对数据的进一步分析和处理，因此不能正确反映各物理量之间的关系。

针对出现的这些问题，结合实际，我们提出让学生用计算机来处理数据，即利用Excel处理数据。Excel是一个多文档界面，是集数据处理和图形绘制为一体的软件。数据分析主要包括曲线拟合、排序计算、统计等各种完美的数据分析功能。

由马吕斯定律知，I与θ之间是成余弦关系，只要由测量数据得出的I-θ关系图是余弦图像就验证了马吕斯定律的正确性。

下面我们分步骤讲一下利用Excel在光偏振实验中验证马吕斯定律的具体方法。

（一）数据输入

在“马吕斯实验验证”实验中测得输入数据如表1。(www.chuimin.cn)

表1　光强随着角度变化数据表