偏振光的研究教学教案.doc

实验教案 《偏振光的研究》 学 部 基础学部物理科学系 课 程 名 称 大学物理实验 专 业、年级 全院理工科 主 讲 教 师 教学设计 实验题目 偏振光的研究 实验性质 基础实验 实验学时 4 教师 教学内容及要求 观察光的偏振现象，熟悉光的偏振现象的基本规律 验证马吕斯定律 了解1/4波片的作用，圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验方法 重难点 掌握自然光、线偏振光、圆偏振光及椭圆偏振光的区别； 验证马吕斯定律 用1/4 波片产生和检验圆偏振光和椭圆偏振光 教学方法 教学方法：讲授法、讨论、现场指导 预习思考 生活中常见的偏振现象？ 偏振光的获得方式有哪几种？如何判断自然光和偏振光？ 课堂讨论 什么叫偏振光？什么线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光？ 产生线偏振光的方法？ 什么1 / 4波片，其作用是什么？ 什么是马吕斯定律？ 如何用1/4 波片产生和检验圆偏振光和椭圆偏振光 课后 思考题 通过起偏和检偏的观测，应该怎么样区分自然光和偏振光 当1/4波片与起偏器P的夹角为何值时产生圆偏振光？为什么？ 用极坐标描绘椭圆偏振光的测试结果，其坐标原点在实验中是怎么确定的？ 大学物理实验课程教案 一、课前的检查 （预习报告、上次课的数据处理）（5分钟） 二、讲解 (20分钟) （1）、实验相关内容简介 光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性质，而光的偏振现象证明了光是横波。光的偏振现象的研究不仅在光学发展中有很重要的地位，而且在科学技术领域中有着广泛的应用。例如光学计量、晶体性质研究和实验应力分析等等。所以了解光的偏振性质，学习偏振光产生和检验的原理和方法，不仅能加深对电磁场理论的了解，而且还有许多实用价值。 （2）、提出实验的目的与任务，要求学生了解实验原理以及熟悉仪器的使用 实验原理 图1 电矢量、磁矢量和光的传播方向的关系图1、偏振光的基本概念 图1 电矢量、磁矢量和光的传播方向的关系图 光波是电磁波，它的电矢量E和磁矢量H相互垂直，且垂直于光的传播方向C。如图1所示，在波动中，振动方向与传播方向互相垂直的波是横波，光波是横波。 由于光与物质相互作用过程中反映比较明显的是电矢量E，因此，常用E表征光波振动矢量，简称光矢量。光矢量与传播方向构成的平面叫振动面，一般光源发射的光波，其光矢量在垂直于传播方向上的各向振动分布几率相等，这种光称为自然光，如图2（b）。光在传播过程中，光矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光，简称偏振光。 图2 （a）线偏振光 (b)自然光 (c)部分偏振光 如图2（a），如果光矢量随时间作有规律的改变，光矢量的末端在垂直于传播方向的平面的轨迹是圆或椭圆，这样的光相应地被称为圆偏振光或者椭圆偏振光，介于偏振光和自然光之间的还有一种光叫部分偏振光如图2（c）。 2、获得偏振光的常用方法 （1）利用光的反射 当自然光在两种媒质的界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振光。当入射角增大到某一特定值时，反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入射面见图（3），这时入射角称为布儒斯特角，也称起偏振角。由布儒斯特定律得： （1） 一般媒质在空气中的起偏振角在53°~58°之间。例如，光由空气射向n=1.54的玻璃时，=57°。 图3：用玻璃片产生反射全偏振光 （2）利用二向色性 二向色性指的是有些晶体对不同方向振动的电矢量具有选择性吸收的性质。偏振片就是利用某些有机化合物的二向色性，将其渗入透明塑料薄膜中，经定向控制而成。它能吸收某一方向振动的电矢量，而透过与此垂直方向振动的电矢量。我们把偏振片上能透过电矢量振动的方向称为这的透明振动方向。偏振片根据在应用时目的作用不同而叫法不同，用来产生偏振光的偏振片叫做起偏器，用来检验偏振光的偏振片叫检偏器。 （3）利用双折射现象 如图4,当一束光入射到各向异性介质中时，折射光将分成两束，通常情况下它们以不同的方向，不同的传播速度进行，同一束入射光折射后分成两束的现象称为双折射。在晶体内的这两束光，一束遵从折射定律，称为o光，一束不遵从折射定律，称为e光。o光和e 光都是线偏振光，它们振动方向基本相互垂直。 图4 冰洲石的双折射现象 3、偏振光、波长片及其作用 （1）偏振片： 偏振片是利用某些有机化合物晶体的二向色性，将其渗入透明塑料薄膜中，经定向控制而成。它能吸收某一方向振动的光，而透过与此垂直方向振动的光，用来产生偏振光的偏振片叫做起偏器，用来检验偏振光的偏振片叫检偏器。 当用强度为的线偏振光射入偏振片（检偏