wave  第7回 偏光板

【掲載】1996.10  【単元】偏光  【種別】生徒実験  【対象】高校2年  【実施】1996.10

  1.  目 的

      偏光現象を通して、光が横波であることを理解する。

  2.  準 備

      偏光板2枚、シャーレ、セロテープ、透明アクリル板、カセットケース(透明)

  3.  方法と結果

      

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    1.  2枚の偏光板を重ね、透かして見る。一方の偏光板の向きをいろいろに変えてみる。

      ● ●
      光を通す
      90°回転すると
      光を通さない
    2.  1枚の偏光板を通して、物に反射した光を見る。偏光板の向きをいろいろに変えてみると、向きによっては反射光がカットされる。

      ● ● ● ●
      トタン屋根
      に注目
      反射光がカット
      樹木の葉
      に注目
      反射光がカット
    3.  シャーレにセロテープを1枚貼ったものを用意する。2枚の偏光板を重ね、光を通さないような向きにしておいて、シャーレを間に挟む。
       セロテープを2枚、クロスするように貼ったシャーレではどうか。

      ● ●
      セロテープのところだけ、光が通る
      セロテープの厚さによって光が通ったり通らなかったりする
    4.  アクリル板にセロテープをめったやたら貼ったものを用意する。2枚の偏光板を重ね、アクリル板を間に挟む。偏光板を回転させたり、アクリル板を回転させたりしてみると美しい。

      ● ● ●
      セロテープを貼ったアクリル板
      とっても美しい!
      色までついて、まるでステンドグラス
    5.  カセットテープのケースを分解したものを用意する。2枚の偏光板を重ね、アクリル板を間に挟む。偏光板を回転させたり、カセットケースを回転させたりし見る。

      ●
      虹の模様が浮かび上がる
  4.  この実験について

     i はお決まりの実験。でも、折角偏光板を使うのなら、 i だけですますのはもったいない! 

     ii はとっても手軽にできます。教室の机、黒板、窓の外の瓦屋根、隣のビルの窓ガラスなど、いろいろなものの反射光を見てみるとおもしろいです。うちの生徒たちは、互いの髪の毛の反射光を見て喜んでいました。

     iii 以降は複屈折によって生じる現象です。光が進む方向をX軸とします。セロテープの膜中ではY軸方向の振動とZ軸方向の振動で、進む速さが異なります(複屈折)。そのため、Y方向の振動に対してZ方向の振動が半波長ずれると、偏光の向きが90°ずれます。図を描いて確認して下さい。
     このような複屈折の現象は、線状の高分子の並ぶ向きが1方向にそろったり、結晶構造に強い方向性があると生じます。セロテープの厚さは、複屈折によって生じる波長のズレがちょうど半波長になるようにたまたまなっているそうです。

     iv で色が付くのは、複屈折の現象が光の波長によって現れ方がわずかに異なるからです。

     v の虹も iv で色が付くのと同様にです。カセットケースのようなプラスチックの成形品は、部分的に張力や応力がかかっていて、そのような場所では張力などのために分子の向きが揃います。そこで、複屈折の現象が生じ、しかも色によって現れ方が異なるので、このような虹模様が見えます。

     複屈折を高校生にきちんと説明するのはちょっと難しいと思いますが、「美しい」というだけで、この実験はやる値打ちがあると私は思っています。


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檀上 慎二