维京人利用偏振光导航的研究

1、维京人利用偏振光导航的研究维京人利用偏振光导航的研究 维京人在公元750-1050年间，广泛活动在北欧、英国和北大西洋之间的海域里，他们是优秀的航海家。他们利用夏天高纬地区的持久日光来导航，而不是使用星星来辨方向，或者是使用指南针，因为指南针在如此高纬的地方，其作用大打折扣。 然而在维京人的传说里，维京英雄西格德还存在另一种神秘的导航器：太阳石。太阳石不论在何种恶劣的天气下，航海家只要将其拿出来指向天空，它就能指出太阳的位置。这种神秘的导航器，在后来被考古学家解释为一种由来自斯堪的纳维亚的特殊透明方解石材料制成的偏振晶体。实验探究实验探究流程流程偏振导航的可能性研究大气散射偏振理论 “瑞利散射

2、理论”和天空偏振分布模式图实验演示部分 一什么是偏振度与偏振片（1）光束中偏振部分的光强度和整个光强度之比值。u对于偏振片而言，是其两个光轴（互相垂直的透过轴和吸收轴）的透过光之差与透过光之和之比。 ( 2 ) 本实验中使用两块带刻度的偏振片。从自然光中获得平面偏振光的器件称为起偏器，用来检查光偏振态的偏振片称为检偏器。用偏振光导航可能性的分析用偏振光导航可能性的分析光的散射原理表明：自然光照射到微粒上将发生散射现象，偏振光具有偏振特性，其偏振度主要依赖于散射光与入射光的夹角。实际的大气散射过程十分复杂，但对大气散射光多方位多时段的偏振性质实测表明：大气散射光属于部分偏振光。瑞利散射公式：瑞利

3、散射公式：u1871年，瑞利在经过反复研究，反复计算的基础上，提出了著名的瑞利散射公式，当光线入射到不均匀的介质中，如乳状液、胶体溶液等，介质就因折射率不均匀而产生散射光。瑞利研究表明，即使均匀介质，由于介质中分子质点不停的热运动，破坏了分子间固定的位置关系，从而也产生一种分子散射，这就是瑞利散射。瑞利经过计算认为，分子散射光的强度与入射光的频率（或波长）有关，即四次幂的瑞利定律。u这个公式在此处主要解释为什么在傍晚和早上实验现象明显大气散射光偏振原理大气散射光偏振原理如图自然光入射分解为两个方向：E0/l和Eo/R;散射光分散为E/l和E/R,其中E/l与E0/lcos 成正比。可以表示为：

4、易知当散射角为90或270度时，将得到最大偏振度Pmax。天空偏振度分布图天空偏振度分布图由图及瑞利散射理论可知，早晨和夜晚是最好的观察时间，且此时观测点正上方偏振度最大。实验仪器实验仪器1.利用手机相机代替单反相机2.带刻度的两块偏振片，指南针一个，三角尺一副，纸笔若干。实验步骤实验步骤u1.准备好相机，在空旷的地方，将相机镜头朝上放置，对着天空。u2.参照指南针，记录当时相机的方位与侧面朝向。记录此时偏振片与相机的相对位置。u3.旋转偏振片并拍照，找到偏振化方向。u4.将测量方向与指南针所确定的方向比较计算误差。实验数据记录实验数据记录时间时间早上早上晚上晚上实验次数1212偏振片偏振化方向与指南针夹角2.01.41.52.8结论结论实验证明大气散射光在一定条件下的确存在偏振现象。可利用偏振材料对大气散射光的偏振性质进行测定，从而可推断出当时的太阳方位，借此