高中物理《光的偏振》课件选修3-4

1、光的干涉和衍射现象表明光是一种波我们知道波有光的干涉和衍射现象表明光是一种波我们知道波有横波和纵波，那么，光波是横波还是纵波呢？横波和纵波，那么，光波是横波还是纵波呢？ 用机械波来说明横波和纵波的主要区别用机械波来说明横波和纵波的主要区别 已经知道绳波是横波，如果在它的传播方向上放上已经知道绳波是横波，如果在它的传播方向上放上 带有狭缝的木板，只要狭缝的方向跟绳的振动方向相带有狭缝的木板，只要狭缝的方向跟绳的振动方向相同，绳上的横波就可以毫无阻碍地传过去；如果把狭同，绳上的横波就可以毫无阻碍地传过去；如果把狭缝的方向旋转缝的方向旋转9090，绳上的横波就不能通过了，绳上的横波就不能通过了横波横

2、波的振动矢量垂直于波的传播方向振动，的振动矢量垂直于波的传播方向振动，振动矢量偏于某个特定方向的振动矢量偏于某个特定方向的现象叫偏振现象叫偏振；纵波纵波只能沿着波的传播方向振动，所以只能沿着波的传播方向振动，所以不可不可能有偏振能有偏振问题思考：问题思考：机械横波与纵波的区别机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝机械波穿过狭缝一、横波与偏振现象一、横波与偏振现象只有横波有偏振现象只有横波有偏振现象 而纵波无偏振问题而纵波无偏振问题-用用偏振片偏振片检验检验 通光方向通光方向P通通不通不通 受上面实验的启发，我们可以利用类似的实验来受上面实验的启发，我们可以利用类似的实验来判断光波是横波还是纵波判断

3、光波是横波还是纵波 偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊的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作用就像上图中的狭缝对于机械波的作用一样 现在利用偏振片代替上面的带有狭缝的木板，来现在利用偏振片代替上面的带有狭缝的木板，来做光学实验做光学实验1 1、偏振片：、偏振片：点击下图观看动画演示 当只有一块偏振片时，以光当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，的传播方向为轴旋转偏振片

4、，透射光的强度不变透射光的强度不变当两块偏振片的透振方向平当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时但是，比通过一块偏振片时要弱要弱当两块偏振片的透振方向垂当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，直时，透射光的强度最弱，几乎为零几乎为零. .2 2、偏振现象：、偏振现象：二、产生偏振现象的原因二、产生偏振现象的原因 1、太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传太阳、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

5、做光波的强度都相同这种光叫做自然光自然光 . . 2 2、自然光通过第一个偏振片（叫做起偏器）之后，、自然光通过第一个偏振片（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，通过第一个偏振片的光波，能通过也就是说，通过第一个偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的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方向振动这种光叫做偏振光偏振光 3 3、通过第一个偏振片的偏振光再通过第二个偏振、通过第一个偏振片的偏振光再通过第二个偏振片（称为片（称为检偏器检偏器）时，如果两个偏振片的透振方）时，如果两

6、个偏振片的透振方向平行，那么，通过第一个偏振光的振动方向跟向平行，那么，通过第一个偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向平行，透射光的强度最第二个偏振片的透振方向平行，透射光的强度最大大 4 4、如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振、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第二个偏振片的透振方向垂直，偏光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向垂直，偏振光不能通过第二个偏振片，透射光的强度为零振光不能通过第二个偏振片，透射光的强度为零 所以，光是一种横波所以，光是一种横波 光是一种电磁波光是一种电磁波电磁波是横波，光波当然是横波电磁波是横波，光波当然是横波电磁波中，电磁波中，E和

7、和B的振动方向都与波方向垂直的振动方向都与波方向垂直光波的感光作用和生理作用，主要是光波的感光作用和生理作用，主要是E所引起的所引起的E的振动的振动-光振动光振动在与光波传播方向垂直的平面内，光振动可沿在与光波传播方向垂直的平面内，光振动可沿任意方向。任意方向。自然光自然光-光振动沿各个方向均匀分布光振动沿各个方向均匀分布偏振光偏振光-光振动沿着特定的方向光振动沿着特定的方向三、光是横波的理解：三、光是横波的理解： 在光波里，可引起人的视觉的是在光波里，可引起人的视觉的是 E E 矢量（光矢量）。矢量（光矢量）。光矢量光矢量振动面振动面v0HE1 1、光波的、光波的E E、H H、v v三者垂

8、直。三者垂直。2 2、光源直接发出的光、光源直接发出的光-自然光自然光 通常看到的绝大多数光通常看到的绝大多数光-偏振光偏振光V自然光自然光V偏振光偏振光i1n2n自然光射到两种介质自然光射到两种介质的界面上，如果光入的界面上，如果光入射方向合适，使射方向合适，使反射反射光和入射光垂直光和入射光垂直。反射光和折射光都是反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向偏振光，且偏振方向互相垂直互相垂直。3 3、自然光在反射和折射后成偏振光、自然光在反射和折射后成偏振光注：注：反射光反射光E E矢量垂直于纸面；矢量垂直于纸面； 折射光折射光E E矢量在纸平面内。矢量在纸平面内。照相时，有关偏振的应用照相时，有

9、关偏振的应用立体电影与光的偏振立体电影与光的偏振汽车驾驶员，有关偏振的应用汽车驾驶员，有关偏振的应用液晶显示液晶显示日常生活中应用偏振光的实例：日常生活中应用偏振光的实例：四、偏振光的应用四、偏振光的应用例如拍摄水下的景物或展览橱窗中的陈列品的照片时，例如拍摄水下的景物或展览橱窗中的陈列品的照片时，由于水面或玻璃会反射出很强的反射光，使得水面下由于水面或玻璃会反射出很强的反射光，使得水面下的景物和橱窗中的陈列品看不清楚，摄出的照片也不的景物和橱窗中的陈列品看不清楚，摄出的照片也不清楚如果在照相机镜头上加一个偏振片，使偏振片清楚如果在照相机镜头上加一个偏振片，使偏振片的透振方向与反射光的偏振方向

10、垂直，就可以把这些的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以把这些反射光滤掉，而摄得清晰的照片；此外，还有立体电反射光滤掉，而摄得清晰的照片；此外，还有立体电影、消除车灯眩光等等。影、消除车灯眩光等等。 1 1、照相机镜头前装一片偏振滤光片可减弱反射光，使、照相机镜头前装一片偏振滤光片可减弱反射光，使相片更清晰相片更清晰 汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为了避免汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为了避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有以免发生车祸。如驾驶室的前

11、窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平偏振片，而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面成面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发出的度角，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，即光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，即不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。 另外，在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑另外，在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，

12、常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖直方向偏振光带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。 2 2、汽车车灯、汽车车灯 在拍摄立体电影时，用两个摄影机，两个摄影机的镜头相当在拍摄立体电影时，用两个摄影机，两个摄影机的镜头相当于人的两只眼睛，它们同时分别拍下同一物体的两个画像，放映于人的两只眼睛，它们同时分别拍下同一物体的两个画像，放映时把两个画像同时映在银幕上。如果设法使观众的一只眼睛只能时把

13、两个画像同时映在银幕上。如果设法使观众的一只眼睛只能看到其中一个画面，就可以使观众得到立体感。为此，在放映时，看到其中一个画面，就可以使观众得到立体感。为此，在放映时，两个放放像机每个放像机镜头上放一个偏振片，两个放放像机每个放像机镜头上放一个偏振片，两个偏振片的偏两个偏振片的偏振化方向相互垂直，观众戴上用偏振片做成的眼镜振化方向相互垂直，观众戴上用偏振片做成的眼镜，左眼偏振片，左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同，这样，偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同，这样，

14、银幕上的银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观察，在人的脑海中就形成立体化的两个画面分别通过两只眼睛观察，在人的脑海中就形成立体化的影像了影像了。 3 3、观看立体电影、观看立体电影: :偏光镜头偏光镜头 立体电影立体电影 人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支单虫的眼睛对偏振却很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支单眼、两支复眼，每个复眼包含有眼、两支复眼，每个复眼包含有6300个个小眼，这些小眼小眼，这些小眼能能根据太阳的偏光确定太阳的方位根据太阳的偏光确定太阳的方位，然后以太阳为定向，然后以太阳为定向标来

15、判断方向，所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引标来判断方向，所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛。到它所找到的花丛。 再如在沙漠中，如果不带罗盘，人是会迷路的，但再如在沙漠中，如果不带罗盘，人是会迷路的，但是沙漠中有一种蚂蚁，它能是沙漠中有一种蚂蚁，它能利用天空中的紫外偏光导航利用天空中的紫外偏光导航，因而不会迷路。因而不会迷路。4、生物的生理机能与偏振光、生物的生理机能与偏振光 液晶显示器是一个由上下两片导电玻制成的液晶显示器是一个由上下两片导电玻制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料胶框密封，盒的两个外侧贴有偏光片。胶框密封，盒的两个外侧

16、贴有偏光片。 5、偏振现象的应用：液晶显示、偏振现象的应用：液晶显示如果有光线进入如果有光线进入,通过通过第一个偏振片后，将被第一个偏振片后，将被液晶分子逐渐改变偏振液晶分子逐渐改变偏振方向方向.由于光线沿着分子由于光线沿着分子排列的方向传播，光线排列的方向传播，光线最终将从另一端射出最终将从另一端射出如果两玻璃板之间加如果两玻璃板之间加上电压，分子排列方向上电压，分子排列方向将与电场方向平行，光将与电场方向平行，光线由于不能扭转将不会线由于不能扭转将不会通过第二个极板通过第二个极板5、偏振现象的应用：液晶显示、偏振现象的应用：液晶显示 液晶显示器就是利液晶显示器就是利用这一特性，在上下用这一

17、特性，在上下两片栅栏相互垂直的两片栅栏相互垂直的偏光板之间充满液晶，偏光板之间充满液晶，利用电场控制液晶的利用电场控制液晶的转动转动不同的电场大不同的电场大小就会形成不同的灰小就会形成不同的灰阶亮度阶亮度5、偏振现象的应用：液晶显示、偏振现象的应用：液晶显示 两个偏振片紧靠在一起将它们放在一两个偏振片紧靠在一起将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过如果将其中的盏灯的前面以致没有光通过如果将其中的一片旋转一片旋转180180度，在旋转过程中，将会产生度，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象（下述的哪一种现象（ ）A A、透过偏振片的光强先增强，然后又减、透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零少到零B B、透过偏振片的光强光增强，然后减少、透过偏振片的光强光增强，然后减少到非零的最小值到非零的最小值CC、透过偏振片的光强在整个过程中都