四光的偏振.DOC

教案设计2 ——光的偏振 一、教学要求： 1．知道振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象． 2．知道偏振光和自然光的区别，知道日常见到的光多是偏振光，知道偏振光的一些应用． 3．知道光的偏振现象说明光是横波． 二、教与学 光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，但不能由此确定光究竟是横波还是纵波．本节讨论光的偏振现象，可以说明光是横波． 偏振现象 在纵波中，振动方向总是跟波的传播方向在同一直线上．在横波中，振动方向总是垂直于波的传播方向，但不同的横波，振动方向可以不同．例如一列横波沿水平方向传播，质点在竖直平面内可能沿着上下方向振动，也可能沿着左右方向振动，也可能沿着任何其他方向振动．当然，对于一个确定的横波，它的振动方向是确定的．这是横渡与纵波的区别．我们可以利用这种区别来判断某种波是横波，还是纵波． 我们先来看机械波的实验． 实验1 取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软绳上形成一列横波，质点在竖直平面内沿着上下方向振动．如果手持绳的一端左右抖动，会在绳上形成另一列横波，质点在竖直平面内沿着左右方向振动． 现在让软绳穿过一块带有狭缝的木板，如果狭缝与振动方向平行，则振动可以通过狭缝传到木板的另一侧（图甲）．如果狭缝与振动方向垂直，则振动就被狭缝挡住而不能向前传播（图乙）． 如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，则无论狭缝怎样放置，弹簧上的纵波都可以通过狭缝传播到木板的另一侧（图丙）． 机械波是横波还是纵波，我们可以根据观察来判断，似乎不需要用这个实验来判断．可是受这个实验的启发，我们可以利用类似的实验来判断光波是横波还是纵波． 现在利用偏振片代替上面的带有狭缝的木板，来做光学实验．偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片．偏振片对光波的作用就像上图中的狭缝对于机械波的作用一样．我们来看下面的实验． 实验2 如图甲所示，让太阳光或灯光通过偏振片P，在P的另一侧进行观察，可以看到偏振片是透明的．以光的传播方向为轴旋转偏振片P，透射光的强度不变． 偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，观察通过两块偏振片的透射光．当Q与P的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱（图乙）．当Q与P的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零（图丙）． 怎样解释上面的实验呢？如果光波是纵波，是不会发生上面的现象的．太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同．这种光叫做自然光（如图）．自然光通过偏振片P（叫做起偏器）之后，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过．也就是说，通过偏振片P的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动．这种光叫做偏振光．横波只沿着某一个特定的方向振动，称为波的偏振．只有横波才有偏振现象． 自然光 通过偏振片P的偏振光再通过偏振片Q（称为检偏器）时，如果两个偏振片的透振方向平行，那么，通过P的偏振光的振动方向跟偏振片Q的透振方向平行，透射光的强度最大；如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振动方向跟偏振片Q的透振方向垂直，偏振光不能通过Q，透射光的强度为零．这跟图所示的机械波的情形类似． 上面的实验表明，光是一种横波． 其实，知道了光是电磁波，就容易理解光是横波了．从第十九章我们知道，电磁波是横波，电磁波中电场强度E和磁感应强度B的振动方向都与电磁波的传播方向垂直．实验指出，光波的感光作用和生理作用等主要是由电场强度E所引起的，因此常将E的振动称为光振动．在与光波传播方向垂直的平面内，光振动的方向可以沿任意的方向．光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光．光振动沿着特定方向的光就是偏振光． 光的偏振现象并不罕见．除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光．自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直（图）． 反射引起的自然光偏振 光的偏振现象有很多应用．如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景像不清楚．如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而 使景像清晰． 阅读材料 立体电影和偏振 你看过立体电影吗？你知道它的道理吗？它就是应用光的偏振现象的一个例子：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．这样，从银幕上看到的景象才有立体感．如果不戴这副眼镜看