第六节  光的偏振

关键词：横波的偏振现象  自然光  偏振片  偏振光   

引言

复习提问：

（1）什么是横波？什么是纵波？

振动方向和传播方向垂直的波叫横波，抖动水平软绳时产生的波就是横波，振动方向和传播方向一致的波叫纵波，像水平悬挂的弹簧一端振动时形成的沿弹簧传播的波。

引入：

通过前几节课的学习，我们知道光具有波动性，那么光波究竟是横波还是纵波呢？本节课我们就来学习——第四节：光的偏振。

新课教学：

我们先通过一个实验来看看怎么判断一种波是横波还是纵波。

视频演示实验：引导学生仔细观察波传到狭缝时的情况，看波能否通过狭缝传到木板的另一侧。

实验现象：绳上形成的横波，当狭缝与振动方向一致时，波不受阻碍，能通过狭缝，而当狭缝与振动方向垂直时，波被狭缝挡住，不能通过狭缝传到木板另一端；对弹簧上形成的纵波，无论狭缝怎样放置，弹簧上疏密相间的波均能顺利通过狭缝传播到木板另一侧。

思考与讨论：在横波传播过程中，当狭缝既不与振动方向平行也不与振动方向垂直时，波能通过狭缝继续传播吗？

实验观察：有部分振动能通过狭缝。

一、横波的偏振：横波能够通过与波源振动方向不垂直的狭缝的现象称为偏振现象。

受这个实验的启示，我们可以利用类似的实验来判断光波是横波还是纵波。

二、光波的偏振

仪器介绍：

1．偏振片：由特殊的材料制成，它上面有一个特殊的方向（透振方向）。只有振动方向与透振方向平行的光能够完全通过偏振片。振动方向与透振方向不垂直的光可以部分通过，振动方向与透振方向垂直的光，完全不能通过。

实验1：让太阳光或灯光通过偏振片P，在P的另一侧进行观察透射光的强度。旋转偏振片，观察透射光的强度是否变化。

现象：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，透射光强度不变；

实验2：偏振片P的后面再放一个偏振片Q，观察通过两个偏振片的透射光。什么时候最亮？什么时候最暗？

现象：当Q和P的透振方向平行时，透射光强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱。当Q和P的透振方向垂直时，透射光强度最弱，几乎为零。

实验现象分析：

由于偏振片具有这样的性质：由特殊的材料制成，它上面有一个特殊的方向（透振方向）。只有振动方向与透振方向平行的光能够完全通过偏振片。振动方向与透振方向不垂直的光可以部分通过，振动方向与透振方向垂直的光，完全不能通过。

实验1中，为什么透射光的强度不变呢？这可能与哪些因素有关？

猜想与解释：与光源有关。由太阳或电灯发出的光波，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，沿着一切方向振动的光强度都相同。

实验2中，为什么两个偏振片的透振方向平行时，透射光最强？为什么两个偏振片的透振方向垂直时，透射光最弱？

猜想与解释：光波是横波。太阳光或普通光源发出的光，经P变成沿特定方向振动的光，当两个偏振片的透振方向相同时，通过第一个偏振片的光波也能通过第二个偏振片，所以透射光强度大；当两个偏振片的透振方向垂直时，通过第一个偏振片的光波完全不能通过第二个偏振片，透射光的强度最弱，几乎为零。当两个偏振片的透振方向不垂直也不平行时，透射光的强度介于最强和最弱之间。由此说明，光波就是横波，有偏振现象。做实验时，我们常把第一个偏振片叫做起偏器，第二个偏振片叫做检偏器。

2．自然光：在沿着光的传播方向上有沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光的强度都相同。这种光叫做自然光。

3．偏振光：自然光通过偏振片后，出现只沿着某一特定方向振动的光，这种光称为偏振光。

4．光的偏振：偏振光只能通过透振方向与其振动方向不垂直的偏振片，不能通过透振方向与其振动方向垂直的偏振片，这种现象称为光波的偏振现象。

5．光是一种横波。光波的电场强度矢量E称为光振动。光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E所引起的。

光是电磁波，从上图我们看到电场强度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，主要是由电场强度E引起的，E的振动称为光振动。光振动沿各个方向是均匀分布的光叫做自然光。经过起偏器后光振动就只能沿透振方向振动而成为偏振光。

三、光的偏振现象的应用

其实，除了从太阳、电灯这样一些从光源直接发出的光外，通常看到的绝大部分光都是偏振光，请大家看课本图20—20，在这里反射光和折射光都是偏振光，且两者偏振方向相互垂直。

光的偏振现象的应用：

1．偏振滤光片；

2．车灯玻璃和挡风玻璃；

3．偏光眼镜（观看立体电影或立体电视）。

本节优化训练设计：

1．下列说法正确的是（    ）

A．机械波都能产生偏振现象

B．光的偏振现象说明光是横波

C．自然光不能产生偏振，说明自然光是纵波

D．光波的感光作用和生理作用等主要是由磁感应强度B的振动引起的

2．如图20—24所示，将上一偏振片慢慢顺时针旋转，屏上的光的亮度开始逐渐________，当它转到90°时，屏上光亮度将最________（填“暗”“亮”），继续转到180°时光由最________变为最________.如此每转90°，交替变化一次（设开始时上、下两偏振片平行且透振方向完全一致）

参考答案：1．B   2．变暗，暗，暗，亮

结论

本节课收获如下：

1.知识：（1）自然光与偏振光；（2）光的偏振。

2.方法：实验法、归纳法与演绎法