ЕГЭ‑физ без паники: поляризация

Зачем школьнику знать о поляризации?

Фраза «ЕГЭ-физ без паники: поляризация» часто звучит пугающе. На деле тема открывает дверь к современным технологиям. Поляризаторы стоят в очках, экранах и камерах. Понимание явления делает задачи на оптику логичнее. Чем меньше случайных пробелов в знаниях, тем спокойнее экзамен. К тому же раздел даёт легкие баллы. Нужно лишь овладеть парой базовых определений, двумя формулами и парочкой приёмов анализа графиков.

Что называют поляризацией света

Свет — это электромагнитная волна. В ней векторы E и H колеблются перпендикулярно распространению. Обычный пучок имеет множество взаимно направленных колебаний. Поляризация — отбор волн с одной ориентацией вектора E. Если направление фиксировано, свет называется линейно поляризованным. Возможны ещё круговая и эллиптическая формы, но их на ЕГЭ не трогают. Важный термин — плоскость колебаний. Она содержит вектор E и луч распространения. Когда пучок проходит поляризатор, свет за ним частично или полностью становится поляризованным.

Способы получения поляризованного света

Первый способ — двойное лучепреломление в кристаллах. Пример — исландский шпат. Луч распадается на обыкновенный и необыкновенный. Каждый линейно поляризован. Второй метод — отражение под углом Брюстера. При падении на границу стекла, равную 57° для зелёного света, отражённый луч выходит полностью поляризованным. Третий приём — прохождение через плёнки типа Polaroid. Они адсорбируют колебания выбранного направления. Наконец, рассеяние в атмосфере дарит частичную поляризацию, из-за чего фотографы используют фильтры для контраста неба.

Поляризация и задания ЕГЭ

В демонстрационных вариантах чаще встречаются три вида вопросов. Первый: определить степень поляризации после цепочки фильтров, используя закон Малюса I = I₀cos²φ. Второй: найти угол Брюстера через n, зная n = tg θ_B. Третий: распознать поляризацию по описанию опыта. Проверяется внимательность к словам «потух» или «минимальная яркость» при вращении анализатора. Иногда вставляют график зависимости интенсивности от угла; здесь важно видеть максимум при 0° и минимум при 90°.

Типичные ловушки и как их обходить

Сбивает формулировка «плоскость поляризации совпадает с плоскостью колебаний». Многие путают её с плоскостью падения. Другая ловушка — забытый второй корень при поиске угла между поляризаторами, ведь cos²φ даёт одинаковую интенсивность для φ и 180° − φ. Третья ошибка — подстановка радиан вместо градусов при расчётах на калькуляторе. Проверяйте режим DEG. Наконец, не все помнят, что свет после первого фильтра уже поляризован, поэтому второй фильтр уменьшает яркость в два раза только при угле 45°, а не 0°.

Расчёты: формулы без лишнего

I = I₀ cos²φ — главная.
θ_B = arctg n — отражение.
P = (I_max − I_min)/(I_max + I_min) — степень поляризации.

Сначала найдите интенсивность после первого фильтра: I₁ = I₀/2. Далее примените закон Малюса для каждого следующего фильтра. Угол складывается, если фильтры последовательно поворачиваются. В задачах на отражение держите в памяти связь n ≈ 1,5 для стекла, поэтому θ_B ≈ 56–57°. В тестах авторы любят округление до целых.

Мини-практикум дома

Возьмите монитор ноутбука. Передвиньте солнцезащитные очки с поляризацией и медленно поворачивайте их. При 90° экран почти гаснет. Этот наглядный опыт закрепляет правило cos²φ. Теперь положите на экран прозрачный пластиковый линейку и снова крутите очки. Вы увидите радужные полосы из-за двойного лучепреломления в напряжённом пластике. Такие эксперименты формируют прочную образную память, которая спасает при волнении.