大学物理——光的偏振

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1、大学物理——光的偏振章节名称第十九章光的偏振教师姓名王晓勇教学目的（1）了解光的几种偏振态以及椭圆偏振光的获得（2）掌握线偏振光获得和检验（3）掌握马吕斯定律（4）掌握折射光与反射光的偏振特点教学内容（1）光的几种偏振态以及椭圆偏振光的获得（2）线偏振光的获得和检验（3）马吕斯定律（4）折射光与反射光的偏振特点教学重点（1）光的起偏、检偏及其光强的变化规律（2）马吕斯定律教学手段口授、板书、插图、多媒体教学方法用插图结合动画，直观地介绍偏振光的几种偏振态及其特征，顺序引出几种偏振光的产生和检验。教学内容教学设计光的干涉和衍射现象

2、揭示了光的波动性，还不能确定光是横波还是纵波。问题：光是横波还是纵波？偏振现象是横波最有力的实验证据，横波的振动方向对传播方向没有对称性，振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象。光波是电磁波，电振动矢量和磁振动矢量都与传播速度垂直，因此，光波是横波，具有偏振性。在光和物质相互作用的过程中，主要起作用的光波的电场强度矢量，称为光波的光矢量。★光的偏振的引入，如果在第十七章前面讲解，先应介绍光学的历史和光源的发光机理。一、概念：偏振态：光矢量的某一确定的振动状态称为光的一种

3、偏振态光矢量：电磁波中的电场E分量称为光矢量偏振面：光矢量与光传播方向决定的平面，称为光的偏振面★介绍基本概念，便于后面讲解二、常见偏振态及特征偏振光完全偏振光部分偏振光线偏振光椭圆偏振光圆偏振光自然光★用插图、动画动态讲解光的几种偏振态7教学内容教学设计图19-1(1).线偏振光(平面偏振光)定义：光矢量在一固定平面内沿一固定方向振动的偏振光图19-3特征：偏振面为一固定平面如图19-1所示(2).自然光图19-2定义：大量原子随机发射的光波列的集合，每个光波列的频率、相位、振动方向、波列长度均不同，振动方向具有以轴为中心对称

4、、均匀分布且各方向光振动的振幅相等的光线，如图19-2所示特征：振动方向、振幅轴对称且均匀分布各振动方向之间相位没有相互关系如图19-3所示，用两个特殊方向表示自然光，每一方向光矢量的强度为总能量的一半。（3）部分偏振光光矢量的振动方向不具有轴对称分布，而是在某一方向占优势，实际光矢量和图示分别如图19-4和19-5所示。图19-4图19-5★提示：插图、动画为本讲的重要教学手段，使概念形象化，便于学生理解和掌握。★主要以教师讲授为主7教学内容教学设计(4).椭圆偏振光定义：在垂直于光传播方向的平面内，光矢量沿椭圆轨道以确定角速

5、度旋转(左或右旋转)的光线，称椭圆偏振光。图19-6所示特征：光矢量旋转的角速度恒定，且其强度不同，光矢量可以看作为两个互相垂直、同频率、相位差确定的线偏振光的叠加。图19-6当时为椭圆偏振光当，且振幅相等时为圆偏振光图19-7（5）圆偏振光圆偏振光在旋转过程中强度相同，其它特征与椭圆偏振光相同。图19-8★椭圆和圆偏振光的理论解析，应提醒学生注意椭圆偏振光和圆偏振光的区别。7教学内容教学设计三、起偏、检偏与马吕斯定律（1）相关概念起偏：将自然光变为线偏振光的过程，称为起偏起偏器：使自然光线变为线偏振光线的光学仪器，称起偏器检偏

6、：检验某束光是否为偏振光的过程，称为检偏检偏器：用来检验光线是否为偏振光的仪器，称为检偏器偏振片：只容许光线的某一特定振动方向通过的仪器，自然光通过偏振片后得到线偏振光。偏振片也可以作为检偏振器来使用。偏振化方向：偏振片容许光线某一特定振动方向通过，称该方向为偏振片的偏振化方向。（2）起偏与检偏一般使用使自然光通过偏振片的办法来得到线偏振光。偏振片用具有二向色性的透明薄片制成，它能吸收某一方向的振动，而只让与这个方向正交的光振动通过。用偏振片也可以判断偏振光的类别自然光：偏振片旋转一周，透射光的光强不会发生任何变化，这束光是自然

7、光。部分偏振光：偏振片旋转一周，透射光的光强会发变化，但不出现消光现象，这束光是部分偏振光。线偏振光：偏振片旋转一周，透射光出现两次最强光与两次消光现象，这束光是线偏振光。(3)马吕斯定律强度为的线偏振光，透过检偏器后，透射光的强度为（19-1）式中是线偏振光的光振动方向和检偏器偏振化方向之间的夹角，图19-9图19-9中为线偏振光的振动方向，为检偏器的偏振化方向，将线偏振光的振动方向分解为与检偏器的偏振化方向平行和与检偏器的偏振化方向垂直，只有平行与与检偏器的偏振化方向的分量才能通过检偏器，因此，透射光的振幅为，是入射线偏振光

8、的振幅，透射光的光强为。从上式看出，当时，透射光强最大，等于入射光强。当时，透射光强最小，为0。★强调本讲教学重点，引导学生推导马吕斯定律，加深理解。7教学内容教学设计例题1.一束光是自然光和线偏振光的混合光，当它垂直通过一偏振片后，随着偏振片的偏振化方向取向不