《第4节光的偏振》教学设计(辽宁省市级优课)-物理教案

光的偏振的教学设计沈阳市第五中学王可【教学目的】1、知道振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象2、了解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、通过光的偏振现象说明光是横波【教学重点】通过光的偏振现象说明光是横波【教学难点】发射和折射时，为什么会使光波形成偏振新课引入回顾知识光具有波动性，之前所学的现象哪些能够证明光具有波动性呢？波动又被分成横波和纵波，什么是横波？什么是纵波呢？既然光是具有波动性，那么光是横波还是纵波呢?通过复习设置疑问，激发学生学习兴趣，调动学生学习的积极性。二、光是横波还是纵波？（一）横波的偏振现象实验1：取一机械波演示仪和中间有一“狭缝”的硬纸板，观察横波的特点，引导学生理解横波定义，只要在垂直于传播方向的平面内振动，就是横波。设置问题，当旋转中间有一“狭缝”的硬纸板时，会发生什么现象？现象：机械波的振动方向在与狭缝平行时，则传播情况正常。当狭缝与振动方向垂直时，则横波不能透过狭缝。实验2：让纵波经过“狭缝”。旋转狭缝方向，观察纵波的情况。现象：无论“狭缝”如何，纵波均正常传播。结论：横波的振动方向与狭缝方向垂直时，波的传递受到影响，这种现象就是偏振现象，偏振是横波特有的现象。光波是横波还是纵波，也可用类似的方法检验。（二）偏振片偏振片有特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片。偏振片的作用跟狭缝一样，所以我们可以上述类似的实验检验光是横波还是纵波？（三）小组合作利用偏振片设计实验，检验光是横波还是纵波？经过学生的讨论研究，发现一个偏振片，不管怎么旋转透过偏振片的光强没有变化。当使用两个偏振片的时候发现透过偏振片的光随着其中一个偏振片的转动亮暗逐渐变化。结论：光一定不是纵波，如果是纵波，透过的光强不会明暗交替变化。但是，一个偏振片旋转的时候光强不变，也说明光跟一般的横波也不一样。自然光太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着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。如图4所示。偏振光只沿着某个特定方向振动的光。再来回顾，刚刚分组研究的实验现象。通过分析，请学生尝试解释上面的实验现象。当激光通过第一片偏振片P后，相当于被“狭缝”卡了一下，只有振动方向跟“狭缝”方向平行的光才能通过，激光通过偏振片P（起偏器）后虽然变成了偏振光，但由于沿各个方向的振动情况相同，无论偏振片透振方向如何，都会有相同强度的光透射过来，再通过第二块偏振片Q（检偏器）时就不同了。无论旋转哪块偏振片，当两块偏振片透振方向相同时，透射光最强，当两偏振片透振方向垂直时，透射光完全消失，最弱。结论：上面的实验表明，光是一种横波。只有横波才有偏振现象。（四）光振动的是矢量设置疑问，在两个偏振片垂直的时候，在中间插入一偏振片，屏幕上出现的情况是怎样的呢？学生分组实验观察现象，讨论现象并加以解释。现象：屏幕随着中间偏振片的旋转，又出现了亮暗周期性的变化。解释：经过第一个偏振片，自然光变成了偏振光。当第二个偏振片的透振方向不垂直第一个偏振片时，光的振动会沿着第二个偏振片的透振方向进行矢量分解，然后再沿着第三个偏振片的透振方向再次分解。这样屏幕上就有了光亮。结论：光振动的是矢量。三、偏振现象及其应用反射光的偏振现象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，反射光、折射光都是部分偏振光。如果反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光为完全偏振光。这一现象是由英国物理学家D.布儒斯特于1815年发现的。偏振现象的应用（1）拍摄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．（3）液晶显示屏液晶显示屏有上下两个偏振片中间夹有液晶组成，两个偏振片相互垂直。当光经过第一个偏振片，成为偏振光经过液晶，振动方向被改变了90度，就能继续透过下层的偏振片到达反光物质，反射回去，就能看到有光射出。如果在液晶上加以电压，液晶分子排列结构发生了变化，就不会讲光在旋转90度，那么光就不能透过第二个偏振片，也不能发射回去，就能看到黑色的数字。（3）车灯玻璃和挡风玻璃夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照射得睁不开眼，严重影响行车安全。若考虑假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，将汽车前灯玻璃改用偏振方向为斜向上45º的偏振玻璃，使射出的灯光变为斜向上45º的偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振方向为斜向上45º的偏振玻璃，其透偏方向正好与灯光的振动方向垂直，这样既能看清自己车灯发出的光所照亮的物体，也不会由于对方的灯光而睁不开眼。（4）立体电影3D电影就是利用双眼立体视觉原理，利用两台并列安置的电影摄影机，分别代表人的左、右眼，同步拍摄出两条略带水平视差的电影画面。放映时，将两条电影影片分别装入左、右电影放映机，并在放映镜头前分别装置两个偏振轴互成90度的偏振镜。两台放映机需同步运转，同时将画面投放在金属银幕上，形成左像右像双影。当观众戴上特制的偏光眼镜时，由于左、右两片偏光镜的偏振轴互相垂直，并与放映镜头前的偏振轴相一致；致使观众的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通过双眼汇聚功能将左、右像叠和在视网膜上，由大脑神经产生三维立体的视觉效果。展现出一幅幅连贯的立体画面，使观众感到景物扑面而来、或进入银幕深凹处，能产生强烈的“身临其境”感。四、课堂小结1、光是一种横波。2、偏振现象是横波特有的现象。3、偏振现象可以很好的利用到人们的生活中。五、随堂练习例题1(多选）（考查偏振光的概念）有关偏振和偏振