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光的偏振教学设计(比赛用)

光的偏振教学设计(比赛用)
光的偏振教学设计(比赛用)

《光的偏振》教学设计

【设计思想】

在新一轮的课程改革中,义务教育阶段的物理教育目的是进一步提高学生的科学素养,满足全体学生的终身发展需求。以此为依据,形成了物理新课程的基本理念。光的偏振现象与学生生活、现代社会以及科技发展有着紧密的联系,体现了新课程内容的时代性和选择性。

由于光的学习内容难度系数较大,且光的偏振现象在现实生活中难以直接观察,如果在教学过程中,直接抽象出光的偏振现象会造成学生思维的中断,使得课堂气氛沉闷,难以达到新课程中“情感态度与价值观”的具体目标。因此培养学生观察比较、归纳总结的能力以及运用探究意识、创新意识,激发学生学习兴趣,就成为这节课首要解决的问题。为了更好地突破教学难点,落实新课标的精神,我在教学实施上的具体做法是:

一、创设丰富的教学情境

“兴趣是人类最好的老师”,只有充分唤起学生的学习热情和智慧活动的积极性,才能使学生自主学习,真正成为学习的主人。所以,让“课堂充满生机活力”就成为设计重点,因此在教学过程中创设了三个教学情境:一是利用魔术设置悬念,引出本节内容,激发学生强烈的求知欲和学习兴趣;二是通过回忆联想——类比猜想——探究实验----得出结论的教学过程,引导学生亲自动手实验,经历科学探究过程,进而得出光是一种横波的结论,并让学生体会到类比法在物理学习中的重要作用;三是通过生活中光的偏振现象的介绍,让学生领略自然界的奇妙与和谐,培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识。

二、注重学生的亲身体验

学生是学习的主体,每个学生只能通过自己的感觉器官去自己读书,自己感受事物,自己观察、分析、思考、实验才能真正吸收知识。因此结合物理学科的特点——以观察和实验为主,设计了教师演示实验、学生实验和自学交流三个环节,而所有的体验学习,贯穿于教学始终,力图使学生自己的输入成为主要的教学内容资源,并成为整个教学活动的中心。同时,通过以上的体验学习,让学生感受到发现问题、解决问题的喜悦,体验到学习的乐趣,并逐步培养学生的实验能力和创新意识。

三、强调学生的合作学习

教学过程不仅仅是一个认知过程,也是一个学生学习交往和合作的过程。在学生小组自行设计、进行实验及上台交流展示活动中,通过小组互相学习、合作,从而形成全班共同学习的动态组合立体交叉网络结构,促进了师生之间、学生之间、学生小组之间往复的、多通道、多层次的信息交流,在这种全方位相互交流、相互学习中,学生不仅学会了知识和方法,而且学会了彼此间的协作,同时也培养了同学间相互合作、共同探索的团队精神。

总之,通过本节课将努力让学生在体验中学习、在活动中学习、在合作中学习,使他们真正成为学习的主人、课堂的主人。

【教学分析】

一、教材分析

《光的偏振》选自人教版选修3-4第十三章第六节,体现了新课程内容结构的选择性。光的偏振偏现象在我们的生活中应用性较强,但是由于光本身的特殊性,使得学生对于光的偏振现象的认识仅限于感性层面。本节内容通过继续学习光的波动性,得出光是一种横波的结论,进而通过既是对学生光的波动性知识体系的补充和完善,又激发了学生发展探索自然、理解自然的兴趣与热情。

二、学情分析

本节课的授课对象是普通高中三年级理科学生。

1、学生已具备的前置认知基础:已有知识结构包括光的干涉、衍射现象以及机械波中横波与纵波的区别方法。通过光的干涉、衍射现象的学习,学生已对光的波动性有了初步的认识。

2、学生已具备的前置技能基础:学生通过两年的高中物理学习过程,对物理基本思想(类比思想)和科学探究过程有一定的认识,并且对探究的七个要素:提出问题,提出猜想,设计实验,操作验证,分析结论,总结评价已经非常熟悉。学生具备了基本的观察、分析、归纳能力,但通过实验现象寻找规律的能力还比较薄弱。因此,教学中应注重学习方法的引导。

3、学生的思维障碍

由于学生前置知识的干扰,学生以为区别横波与纵波的方法即根据质点振动方向和波传播方向的几何关系,难以从旧知识中抽象出光的偏振概念。

【教案】

参考文献:

【1】教育部.《普通高中物理课程标准》,人民教育出版社2003年4月第一版

【2】人民教育出版社、课程教材研究所.《普通高中课程标准实验教科书》选修3-4,人民教育出版社2006年12月第2版

2010年7月22日

光的偏振计算题及答案讲课讲稿

《光的偏振》计算题 1. 将三个偏振片叠放在一起,第二个与第三个的偏振化方向分别与第一个的偏振化方向成45?和90?角. (1) 强度为I 0的自然光垂直入射到这一堆偏振片上,试求经每一偏振片后的光强和偏振状态. (2) 如果将第二个偏振片抽走,情况又如何? 解:(1) 自然光通过第一偏振片后,其强度 I 1 = I 0 / 2 1分 通过第2偏振片后,I 2=I 1cos 245?=I 1/ 4 2分 通过第3偏振片后,I 3=I 2cos 245?=I 0/ 8 1分 通过每一偏振片后的光皆为线偏振光,其光振动方向与刚通过的偏振片的偏振化方向平 行. 2分 (2) 若抽去第2片,因为第3片与第1片的偏振化方向相互垂直,所以此时 I 3 =0. 1分 I 1仍不变. 1分 2. 两个偏振片叠在一起,在它们的偏振化方向成α1=30°时,观测一束单色自然光.又在α2=45°时,观测另一束单色自然光.若两次所测得的透射光强度相等,求两次入射自然光的强度之比. 解:令I 1和I 2分别为两入射光束的光强.透过起偏器后,光的强度分别为I 1 / 2 和I 2 / 2马吕斯定律,透过检偏器的光强分别为 1分 1211 cos 21αI I =', 2222cos 2 1αI I =' 2分 按题意,21I I '=',于是 222121cos 2 1cos 21ααI I = 1分 得 3/2cos /cos /221221==ααI I 1分 3. 有三个偏振片叠在一起.已知第一个偏振片与第三个偏振片的偏振化方向相互垂直.一束光强为I 0的自然光垂直入射在偏振片上,已知通过三个偏振片后的光强为I 0 / 16.求第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向之间的夹角. 解:设第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向间的夹角为θ.透过第一个偏 振片后的光强 I 1=I 0 / 2. 1分 透过第二个偏振片后的光强为I 2,由马吕斯定律, I 2=(I 0 /2)cos 2θ 2分 透过第三个偏振片的光强为I 3, I 3 =I 2 cos 2(90°-θ ) = (I 0 / 2) cos 2θ sin 2θ = (I 0 / 8)sin 22θ 3分 由题意知 I 3=I 2 / 16 所以 sin 22θ = 1 / 2, () 2/2sin 211-=θ=22.5° 2分 4. 将两个偏振片叠放在一起,此两偏振片的偏振化方向之间的夹角为o 60,一束光强为I 0 的线偏振光垂直入射到偏振片上,该光束的光矢量振动方向与二偏振片的偏振化方向皆成30°角. (1) 求透过每个偏振片后的光束强度; (2) 若将原入射光束换为强度相同的自然光,求透过每个偏振片后的光束强度.

第二十章光的偏振自测题标准答案

第二十章 光的偏振自测题答案 一、 选择题: ACABB BCCDB DBCBD DDABC 二、填空题: 2I ,I/8,线偏振光,横,光轴,2212cos cos αα,圆,大于,624844.4800'=, 600,3I 0/16,3, 91.7 , 8.6,5um 三、计算题 1、自然光通过两个偏振化方向间成 60°的偏振片,透射光强为 I 1。今在 这两个偏振片之间再插入另一偏振片,它的偏振化方向与前两个偏振片均成 30°角,则透射光强为多少? 解:设入射的自然光光强为0I ,则透过第1个偏振片后光强变为2I 0, 3分 透过第2个偏振片后光强变为1020I 60cos 2 I =, 3分 由此得 10 210I 860cos I 2I == 3分 上述两偏振片间插入另一偏振片,透过的光强变为 11020202I 25.2I 4 930cos 30cos 2I I === 3分 2、 自然光入射到两个互相重叠的偏振片上。如果透射光强为(1)透射光最大强度的三分之一,(2)入射光强度的三分之一,则这两个偏振片的偏振化方向间的夹角是多少? 解:(1)设入射的自然光光强为0I ,两偏振片同向时,透过光强最大,为2 I 0。

当透射光强为2 I 31I 01?=时,有 2分 6 I cos 2I I 0201==θ 2分 两个偏振片的偏振化方向间的夹角为 44543 1arccos 01'==θ 2分 (2)由于透射光强 3 I cos 2I I 02202==θ 4分 所以有 61363 2arccos 02'==θ 2分 3、投射到起偏器的自然光强度为0I ,开始时,起偏器和检偏器的透光轴方向平行.然后使检偏器绕入射光的传播方向转过30°,45°,60°,试分别求出在上述三种情况下,透过检偏器后光的强度是0I 的几倍? 解:由马吕斯定律有 0o 2018 330cos 2I I I == 4分 0ο2024 145cos 2I I I == 4分 0ο2038160cos 2I I I == 4分 所以透过检偏器后光的强度分别是0I 的83,41,8 1倍. 4、使自然光通过两个偏振化方向夹角为60°的偏振片时,透射光强为1I ,今在这两个偏振片之间再插入一偏振片,它的偏振化方向与前两个偏振片均成30°,问此时透射光I 与1I 之比为多少? 解:由马吕斯定律 ο20160cos 2I I =8 0I = 4分

光的偏振计算题及答案

《光得偏振》计算题 1、将三个偏振片叠放在一起,第二个与第三个得偏振化方向分别与第一个得偏振化方向成45?与90?角. (1)强度为I0得自然光垂直入射到这一堆偏振片上,试求经每一偏振片后得光强与偏振状态。 (2) 如果将第二个偏振片抽走,情况又如何? 解:(1)自然光通过第一偏振片后,其强度I1= I0/ 2 1分 通过第2偏振片后,I2=I1cos245?=I1/ 4 2分 通过第3偏振片后,I3=I2cos245?=I0/8 1分通过每一偏振片后得光皆为线偏振光,其光振动方向与刚通过得偏振片得偏振化方向平行. 2分(2)若抽去第2片,因为第3片与第1片得偏振化方向相互垂直,所以此时 I3 =0、 1分I1仍不变。1 分2、两个偏振片叠在一起,在它们得偏振化方向成α1=30°时,观测一束单色自然光.又在α2=45°时,观测另一束单色自然光。若两次所测得得透射光强度相等,求两次入射自然光得强度之比. 解:令I1与I2分别为两入射光束得光强。透过起偏器后,光得强度分别为I1/ 2 与I2 / 2马吕斯定律,透过检偏器得光强分别为1分 ,2分 按题意,,于就是1分 得1分3、有三个偏振片叠在一起.已知第一个偏振片与第三个偏振片得偏振化方向相互垂直.一束光强为I0得自然光垂直入射在偏振片上,已知通过三个偏振片后得光强为I0/ 16。求第二个偏振片与第一个偏振片得偏振化方向之间得夹角。 解:设第二个偏振片与第一个偏振片得偏振化方向间得夹角为θ。透过第一个偏 振片后得光强I1=I0/ 2. 1 分透过第二个偏振片后得光强为I2,由马吕斯定律, I2=(I0 /2)cos2θ 2分透过第三个偏振片得光强为I3, I3=I2 cos2(90°-θ )=(I0/2)cos2θsin2θ = (I0/ 8) sin22θ 3分由题意知I3=I2/16 所以sin22θ=1 / 2, =22、5°2分4、将两个偏振片叠放在一起,此两偏振片得偏振化方向之间得夹角为,一束光强为I0得线偏振光垂直入射到偏振片上,该光束得光矢量振动方向与二偏振片得偏振化方向皆成

大学物理光的偏振试题及答案

电气系\计算机系\詹班 《大学物理》(光的偏振)作业5 一.选择题 1. 两偏振片堆叠在一起,一束自然光垂直入射时没有光线通过。当其中一偏振片以入射光线为轴慢慢转动180°时透射光强度发生的变化为 (A) 光强单调增加; (B) 光强先增加,然后减小,再增加,再减小至零 (C) 光强先增加,后又减小至零; (D) 光强先增加,后减小,再增加。 【 D 】 2.一束光强为I 0的自然光,相继通过三个偏振片P 1、P 2、P 3后,出射 光的光强为I= I 0/8,已知P 1和P 3的偏振化方向相互垂直,若以入射光线为轴,旋转P 2,要使出射光的光强为零,P 2最少要转过的角度是 (A )30° (B )45° (C )60° (D )90° [ B ] [参考解] 设P 1与 P 2的偏振化方向的夹角为α ,则 82sin 8sin cos 2020220I I I I === ααα ,所以4/πα=,若I=0 ,则需0=α或πα= 。可得。 3.一束光是自然光和线偏振光的混合光,让它垂直通过一偏振片,若以此入射光束为轴旋转偏振片,测得透射光强度最大值是最小值的5倍,那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为 (A )1/2 (B )1/5 (C )1/3 (D )2/3 【 A 】 4.自然光以60°的入射角照射到某两介质交界面时,反射光为完全偏振光,则知折射光为 (A )完全偏振光且折射角是30° (B )部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为3的介质时,折射角是30° (C )部分偏振光,但须知两种介质的折射率才能确定折射角 (D )部分偏振光且折射角是30°

光的偏振(有答案)

光的偏振 一、光的偏振的相关知识 (1)自然光:太阳、电灯等普通光源发出的光,包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫做自然光. (2)偏振:光波只沿某一特定的方向振动,称为光的偏振 (3)偏振光:在垂直于传播方向的平面上,只沿某个特定方向振动的光,叫做偏振光.光的偏振证明光是横波.自然光通过偏振片后,就得到了偏振光. 二、光的偏振的理解 1、偏振光的产生方式 (1)自然光通过起偏器:通过两个共轴的偏振片观察自然光,第一个偏振片的作用是把 自然光变成偏振光,叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光,叫检偏器. (2)自然光射到两种介质的交界面上,如果光入射的方向合适,使反射光和折射光之间 的夹角恰好是90°时,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直. 特别提醒不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片,偏振片并非刻有狭缝,而是具有一种特征,即存在一个偏振方向,只让平行于该方向振动的光通过,其他振动方向的光被吸收了. 2、偏振光的理论意义及应用 (1)理论意义:光的干涉和衍射现象充分说明了光是波,但不能确定光波是横波还是纵 波.光的偏振现象说明了光波是横波. (2)应用:照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等. 三、相关练习 1、如图所示,偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向.下列四种入射光束中,能在P的另一侧观察到透射光的是() A.太阳光 B.沿竖直方向振动的光 C.沿水平方向振动的光 D.沿与竖直方向成45°角振动的光 答案ABD 解析偏振片只让沿某一方向振动的光通过,当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时,透射光的强度不同,它们平行时最强,而垂直时最弱.太阳光是自然光,光波可沿任何方向振动,所以在P的另一侧能观察到透射光;沿竖直方向振动的光,振动方向与偏振片的透振方向相同,当然可以看到透射光;沿水平方向振动的光,其振动方向与透振方向垂直,所以看不到透射光;沿与竖直方向成45°角振动的光,其振动方向与透

光的偏振态分析MATLAB分析

光的偏振态的仿真 一、课程设计目的 通过对两相互垂直偏振态的合成 1.掌握圆偏振、椭圆偏振及线偏振的概念及基本特性; 2.掌握偏振态的分析方法。 二、任务与要求 对两相互垂直偏振态的合成进行计算,绘出电场的轨迹。要求计算在?=0、 ?=π/4、?=π/2、?=3π/4、?=π、?=5π/4、?=3π/2、?=7π/4时,在E x =E y 及E x =2E y 情况下的偏振态曲线并总结规律。 三、课程设计原理 平面光波是横电磁波,其光场矢量的振动方向与光波传播方向垂直。一般情况下,在垂直平面光波传播方向的平面内,光场振动方向相对光传播方向是不对称的,光波性质随光场振动方向的不同而发生变化。将这种光振动方向相对光传播方向不对称的性质,称为光波的偏振特性。它是横波区别于纵波的最明显标志。 1) 光波的偏振态 根据空间任一点光电场E 的矢量末端在不同时刻的轨迹不同,其偏振态可分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振。 设光波沿z 方向传播,电场矢量为 )cos(00?ω+-=kz t E E 为表征该光波的偏振特性,可将其表示为沿x 、y 方向振动的两个独立分量的线性组合,即 y x jE iE E += 其中 ) cos() cos(00y y y x x x kz t E E kz t E E ?ω?ω+-=+-= 将上二式中的变量t 消去,经过运算可得 ??2002020sin cos 2=??? ? ?????? ??-???? ??+???? ??y y x x y y x x E E E E E E E E 式中,φ=φy -φx 。这个二元二次方程在一般情况下表示的几何图形是椭圆,如图1-1所示。

大学物理实验- 光的偏振

实验27 光的偏振 一、实验目的 1、观察光的偏振现象,加深对光的偏振的理解。 2、了解偏振光的产生及其检验方法。 3、观测布儒斯特角,测定玻璃折射率。 4、观测椭圆偏振光与圆偏振光。 5、了解1/2波片和1/4波片的用途。 二、实验原理 1、光的偏振状态 光是电磁波,它是横波。通常用电矢量E表示光波的振动矢量。 (1)自然光其电矢量在垂直于传播方向的平面内任意取向,各个方向的取向概率相等,所以在相当长的时间里(10-5秒已足够了),各取向上电矢量的时间平均值是相等的,这样的光称为自然光,如图27-l所示。 (2)平面偏振光电矢量只限于某一确定方向的光,因其电矢量和光线构成一个平面而称其为平面偏振光。如果迎着光线看,电矢量末端的轨迹为一直线,所以平面偏振光也称为线偏振光,如图27-2所示。 (3)部分偏振光电矢量在某一确定方向上较强,而在和它正交的方向上较弱,这种光称为部分偏振光,如图27-3所示。部分偏振光可以看成是线偏振光和自然光的混合。 (4)椭圆偏振光迎着光线看,如果电矢量末端的轨迹为一椭圆,这样的光称为椭圆偏振光。椭圆偏振光可以由两个电矢量互相垂直的、有恒定相位差的线偏振光合成得到。 (5)圆偏振光迎着光线看,如果电矢量末端的轨迹为一个圆,则这样的光称为圆偏振光。圆偏振光可视为长、短轴相等的椭圆偏振光。 图27-4 椭圆偏振光

2、布儒斯特定律 反射光的偏振与布儒斯特定律 如图27-5所示,光在两介质(如空气和玻璃片等)界面上,反射光和折射光(透射光)都是部分偏振光。当反射光线与折射光线的夹角恰为90°时,反射光为线偏振光,其电矢量振动方向垂直于入射光线与界面法线所决定的平面(入射面)。此时的透射光中包含平行于入射面的偏振光的全部以及垂直于入射面的偏振光的其余部分,所以透射光仍为部分偏振光。由折射定律很容易导出此时的入射角 α 满足关系 1 2 tan n n = α (27-1) (27-1)式称为布儒斯特定律,入射角 α 称为布儒斯特角,或称为起偏角。若光从空气入射到玻璃(n 2约为1.5),起偏角约56°。 3、偏振片、起偏和检偏、马吕斯定律 (1)由二向色性晶体的选择吸收所产生的偏振 自然光 偏振光 偏振片 P 1P 2 I 0 起偏器 检偏器 自然光 I ' 图a 偏振片起偏 图b 起偏和检偏 图27-6 偏振片 有些晶体(如电气石)、长链分子晶体(如高碘硫酸奎宁),对两个相互垂直振动的电矢量具有不同的吸收本领,这种选择吸收性称为二向色性。在两平板玻璃间,夹一层二向色性很强的物质就制成了偏振片。自然光通过偏振片时,一个方向的电矢量几乎完全通过(该方向称为偏振片的偏振化方向),而与偏振化方向垂直的电矢量则几乎被完全吸收,因此透射光就成为线偏振光。根据这一特性,偏振片既可用来产生偏振光(起偏),也可用于检验光的偏振状态(检偏)。 (2)马吕斯定律 用强度为I 0的线偏振光入射,透过偏振片的光强为I ,则有如下关系 θ 20cos I I = (27-2) (27-2)式称为马吕斯定律。 θ是入射光的E 矢量振动方向和检偏器偏振化方向之间的夹角。以入射光线为轴转动偏振片,如果透射光强I 有变化,且转动到某位置时 I =0,则表明入射 光为线偏振光,此时θ =90°。 4、波片 (1)两个互相垂直的、同频率的简谐振动的合成 设有两各互相垂直且同频率的简谐振动,它们的运动方程分别为 )cos() cos(2211?ω?ω+=+=t A y t A x (27-3) 合运动是这两个分运动之和,消去参数t ,得到合运动矢量末端运动轨迹方程为 )(sin )cos(2122 12212 22212????-=--+A A xy A y A x (27-4) 上式表明,一般情况下,合振动矢量末端运动轨迹是椭圆,该椭圆在2122A A ?的矩形范围内。如果(27-3)式表示的是两线偏振光,则叠加后一般成为椭圆偏振光。下面讨论相位 差 12???-=?为几种特殊值的情况。 ①当π?k 2=?( k =0, ±1, ±2, …)时,(27-4)式变为

光的偏振习题及答案

第五章 光的偏振 1. 试确定下面两列光波 E 1=A 0[e x cos (wt-kz )+e y cos (wt-kz-π/2)] E 2=A 0[e x sin (wt-kz )+e y sin (wt-kz-π/2)]的偏振态。 解 :E 1 =A 0[e x cos(wt-kz)+e y cos(wt-kz-π/2)] =A 0[e x cos(wt-kz)+e y sin(wt-kz)] 为左旋圆偏振光 E 2 =A 0[e x sin(wt-kz)+e y sin(wt-kz-π/2)] =A 0[e x sin(wt-kz)+e y cos(wt-kz)] 为右旋圆偏振光 2. 为了比较两个被自然光照射的表面的亮度,对其中一个表面直接进行观察,另一个表面 通过两块偏振片来观察。两偏振片透振方向的夹角为60°。若观察到两表面的亮度相同,则两表面的亮度比是多少?已知光通过每一块偏振片后损失入射光能量的10%。 解∶∵亮度比 = 光强比 设直接观察的光的光强为I 0, 入射到偏振片上的光强为I ,则通过偏振片系统的光强为I': I'=(1/2)I (1-10%)cos 2600?(1-10%) 因此: ∴ I 0/ I = 0.5×(1-10%)cos 2600?(1-10%) = 10.125%. 3. 两个尼科耳N 1和N 2的夹角为60°,在他们之间放置另一个尼科耳N 3,让平行的自然光通过这个系统。假设各尼科耳对非常光均无吸收,试问N 3和N 1 的偏振方向的夹角为何值时,通过系统的光强最大?设入射光强为I 0,求此时所能通过的最大光强。 解:设:P 3与P 1夹角为α,P 2与P 1的夹角为 θ = 600 I 1 = 21 I 0 I 3 = I 1cos 2α = 02I cos 2α I 2 = I 3cos 2(θ-α) = 0 2I cos 2αcos 2(θ-α) 要求通过系统光强最大,即求I 2的极大值 I 2 = I 2cos 2αcos 2(θ-α) = 0 2I cos 2α[1-sin 2(θ-α)] = 08 I [cosθ+ cos (2α-θ)] 2 由 cos (2α-θ)= 1推出2α-θ = 0即α = θ/2 = 30° ∴I 2max = 21 I 0 cos 2αcos 2(θ-α) = 21 I 0 cos 230° cos 230° = 9 32 I 0 4. 在两个理想的偏振片之间有一个偏振片以匀角速度ω绕光的传播方向旋转(见题 5.4图),若入射的自然光强为I 0,试证明透射光强为 N 1 题5.3图

量子力学里对光的偏振的解释

光子偏振的量子力学解释 量子力学所提供的进一步描述如下:假定可以把对光轴斜偏振的一个光子看成部分地处于平行光轴偏振态,部分地处于垂直光轴偏振态。斜偏振态可以被为是某种迭加过程应用于平行偏振态与垂直偏振态而得的结果。这就意味着,在各种偏振态之间存在有某种特别的关系,这种关系类似于经典光学中偏振光束间的关系,但是它現在不是应用于光束,而是应用于一个特定光子的各个偏振态。这种关系容许任一偏振态被分解为任意两个互相垂直的偏振态,或者说,可以被表达为任意两个互相垂直的偏振态的迭加。 当我們詿光子遇到方解石晶体时我們就是让它接受一次观测。我們要观察它究竟是平行于光轴偏振的,还是垂直于光轴偏振的。做这种观察的效果也就是强迫光子完全进入平行偏振态,或者完全进入垂直偏振态。它必須来一个突然的跃变,从原来部分地处在每一种态中的情况改变为完全处在其中的某一种态中。 它究竟跳到这两态中的哪一个,是不能预料的,只是由几率規律支配的·如果它跳入平行态,它就会被吸收了;如果它跳八垂直态,它就通过了晶体,而在另一边出現,保留着这种偏振态· 通常假定,只要仔細些,我們就可以把伴随观察的干扰少到 任意所希望的程度.大与小的概念因而純悴是柞对的,是关联到 我們的观察工具的細致程度,也关联到被描述的对象.为了要給

大小以絶对的含义(这是有关物质終极結构的任何理論所要求的),我們必須要假定:对观才細程度和对着于 扰的微小程度有丁个限度.这个阳度是事物本質中所固有的,观察者方面改进技术或提高技巧,都不可能超越这个限度.如果被观察的对象大到足以使这种不可避免的极限干扰可以忽略,那么,这个对象就是在絶对的含义上是大的,井且我們可以把經典力学应用到庀身上,反之,如果这种极限干扰不能忽視,則对象在絶对3 意义上就是小的,我們就要用新的理論来处理宅. 上述討的一个結果是我們必須修改我們对因果的观念, 因果性仅对那些耒受干扰的系統适用.如果系統是小的,我們不能在观察时而不产生严重的干扰,因此,我們不能期望在我們的观察結果之間找到任何因果性的联系,我們假定因果性对于汶有受干扰的系統仍是适用的,为茄述未受干扰的系統血建立起的方程是一些微分方程,宅們表达出某一时刻的条件与后一时刻的条件間的因果性联,这些方程与經典力学中的方程紧密对应,但 是宅們只能間接地与观察的結果相呋系,在計算观察出的結果时就有不可避免的不确定性出現,一般脱来,理論使找們能够算出的只是,当进行观察时能获得某个特定結果的几率.

第12章光的偏振--习题答案

第十四章 光的偏振和晶体光学 1. 一束自然光以30度角入射到玻璃-空气界面,玻璃的折射率 1.54n =,试计算(1)反射 光的偏振度;(2)玻璃-空气界面的布儒斯特角;(3)以布儒斯特角入射时透射光的偏振度。 解:光由玻璃到空气,354.50sin 1sin ,30,1,54.11212121=??? ? ??-====θθθn n n n o ①()()()() 06305.0tan 1tan ,3528.0sin 1sin 212212-=+-==+-- =θθθθθθθθp s r r 002 22 2 min max min max 8.93=+-=+-=p s p s r r r r I I I I P ②o B n n 3354.11tan tan 1121 =?? ? ??==--θ ③()() 4067.0sin 1sin ,0,57902120 21=+-- ===-==θθθθθθθθs p B B r r 时, 02 98364 .018364.011 ,8364.01=+-===-=P T r T p s s 注:若2 21 122,,cos cos p p s s t T t T n n ηηθθη=== )(cos ,212 2 22 2 0min 0max θθ-=+-= ==p s s p s p s p T T t t t t P I T I I T I 或故 2. 自然光以布儒斯特角入射到由10片玻璃片叠成的玻片堆上,试计算透射光的偏振度。 解:每片玻璃两次反射,故10片玻璃透射率( ) 20 22010.83640.028s s T r =-== 而1p T =,令m m I I in ax τ=,则m m m m I I 110.02689 0.94761I I 10.02689ax in ax in p ττ---= ===+++

Rayleigh大气天空光偏振分布仿真与预测

赵开春,等:王l且ykigh大气天空光偏振分布仿真与预测 国2天空P点e矢量偏振信息 ng.2和咖r’poⅫ盈吐蚰lnl栅∞伽n埘n坤Ppo蛳 妯tbes时 在球面三角形zPs中,由正弦定理知: 意铲茜=掣㈣ 8in(90。一^s)Bin口 … 进一步变化为: sin(90。训=型葛盟.8in(90。“) (6) 得:, 删=堕岳盟…sk(7) 耵Ⅱ口 而天空P点的偏振度由(3)式求得。P一可以用全 天空偏振成像计测定给出。由(7)可以计算出偏振 方位角廿。利用斯托克斯参量完整描述一束光性质, 每一个参量都为强度的量纲。设全偏振分量的总光 强为j,偏振度为P,方位角为妒和椭率角为s,任意 stokeB矢量可写成如下形式: S=岛只是昱 天空中散射光主要是线偏振光,是分量表示椭圆偏振光,故S=o,即siⅡ2s=o。为了简化计算,假设太阳发出的光强为单位光强l,则天空中偏振光的stoke8矢量形式如下: s:『一酬㈤3计算机仿真 根据上述的理论分析,对于天空中偏振光分布模式进行了计算机仿真。 图3是软件的启动界面。在初始化的过程中,完成了预设在北京地理位置太阳时角、高度角和方位角的计算,天空中观测方向P点光束偏振度和偏振方位角计算。本程序可以实现在不同的时刻、不同的地理位置,太阳时角、视位置即高度角和方位角的计算,还可阻选择天空中不同的观测方向,计算出天空中这个方向光束的偏振度和偏振方位角及它的Stokes矢量。太阳视位置对于天空的偏振模式有很大的影响。在一天的某一时刻‘,在某一地理位置,可以通过球面三角形知识来求解太阳在天空中的位置。太阳高度角k是地球表面上某点和太阳的连线与地平面之间的夹角,可用式(10)计算。 圈3程序界面 ng.3hDgmm岫t日f籼 Bin^s=gi呻si嵋+co啦cos&o时(10)太阳方位角A。为太阳至地面上某给定点连线在地面上的投影与南向(当地子午线)的夹角。太阳偏东时为负.偏西时为正,其计算公式为: :三!喜sim cos虬 此式算得的siIlA;大于l或sinA。的绝对值较小时,换用式(12)计算: ”峨=等等(12) CoSⅡtCo岫 其中,k为太阳高度角;如为太阳方位角;t为当地太阳时角,表明时间的变化;妒为地理纬度,表明观察点所在的位置;6为赤纬,表明季节(日期)的变化。 根据以上公式,对于选定的时间,可以计算出此时本地子午线的时角。对于选定的地点,即地理的经度纬度已知,天体的赤纬可以通过查寻《天文年历>,将《天文年历》的数据输人计算机,作为数 。荸

高中物理光的偏振知识点归纳

高中物理光的偏振知识点归纳 1、高中物理光的偏振发现说明 1808年,马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。在进一步研究光的简单折射中的偏振时,他发现光在折射时是部分偏振的。因为惠更斯曾提出过光是一种纵波,而纵波不可能发生这样的偏振,这一发现成为了反对波动说的有利证据。1811年,布吕斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。 2、高中物理光的偏振产生方法 从自然光获得线偏振光的方法有以下四种: 1、利用反射和折射。 2、利用二向色性。 3、利用晶体的双折射。 4、利用散射。 另外,线偏振光可以经过波晶片产生圆偏振光和椭圆偏振光。 3、高中物理光的偏振度 在部分偏振光的总强度中,完全偏振光所占的成分叫做偏振度。 特征:偏振度的数值愈接近1,光线的偏振化程度就愈纯

粹,一般偏振度都小于1。 4、高中物理光的偏振应用 页 1 第 电子表的液晶显示用到了偏振光 两块透振方向相互垂直的偏振片当中插进一个液晶盒,盒内液晶层的上下是透明的电极板,它们刻成了数字笔画的形状。外界的自然光通过第一块偏振片后,成了偏振光。这束光在通过液晶时,如果上下两极板间没有电压,光的偏振方向会被液晶旋转90度(这种性质叫做液晶的旋光性),于是它能通过第二块偏振片。第二块偏振片的下面是反射镜,光线被反射回来,这时液晶盒看起来是透明的。但在上下两个电极间有一定大小的电压时,液晶的性质改变了,旋光性消失,于是光线通不过第二块偏振片,这个电极下的区域变暗,如果电极刻成了数字的笔画的形状,用这种方法就可以显示数字。 在摄影镜头前加上偏振镜消除反光 在拍摄表面光滑的物体,如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等,常常会出现耀斑或反光,这是由于光线的偏振而引起的。在拍摄时加用偏振镜,并适当地旋转偏振镜面,能够阻挡这些偏振光,借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。要通过取景器一边观察一边转动镜面,以便观察消除偏振光的效果。当观察到被摄物体的反光

19光的偏振习题解答

第十九章 光的偏振 一 选择题 1. 把两块偏振片一起紧密地放置在一盏灯前,使得后面没有光通过。当把一块偏振 片旋转180?时会发生何种现象:( ) A. 光强先增加,然后减小到零 B. 光强始终为零 C. 光强先增加后减小,然后又再增加 D. 光强增加,然后减小到不为零的极小值 解:)2 π(cos 20+=αI I ,α从0增大到2π的过程中I 变大;从2π增大到π的过程中I 减小到零。 故本题答案为A 。 2. 强度为I 0的自然光通过两个偏振化方向互相垂直的偏振片后,出射光强度为零。 若在这两个偏振片之间再放入另一个偏振片,且其偏振化方向与第一偏振片的偏振化方向夹角为30?,则出射光强度为:( ) A. 0 B. 3I 0 / 8 C. 3I 0 / 16 D. 3I 0 / 32 解:0000202032 341432)3090(cos 30cos 2I I I I =??=-= 。 故本题答案为D 。 3. 振幅为A 的线偏振光,垂直入射到一理想偏振片上。若偏振片的偏振化方向与入 射偏振光的振动方向夹角为60?,则透过偏振片的振幅为:( ) A. A / 2 B. 2 / 3A C. A / 4 D. 3A / 4 解:0222'60cos A A =,2/'A A =。 故本题答案为A 。 4. 自然光以60?的入射角照射到某透明介质表面时,反射光为线偏振光。则( ) A 折射光为线偏振光,折射角为30? B 折射光为部分偏振光,折射角为30? C 折射光为线偏振光,折射角不能确定 D 折射光为部分偏振光,折射角不能确定 解:本题答案为B 。 5. 如题图所示,一束光垂直投射于一双折射晶体上,晶体的光轴如图所示。下列哪种叙述是正确的? ( ) A o 光和e 光将不分开 e o 选择题5图

大学物理实验光的偏振思考题答案

1、首先,光强的计算并不是利用合成矢量来计算的,光强与振幅的平方成正比,振幅即矢量的模;其次,不论是人眼还是探测器,都不可能接收瞬时光强,即光矢量的振幅大小;最重要的一点,矢量的合成是有条件的,这一点物理光学中有很详细的解释,即必须是相干光才能合成,而自然光一般为非相干光。非相干光的光强叠加只是不同光线光强的简单叠加。因而,只要有光线,光强恒大于0。但相干光与此不同,会有等于0的情况。 2、因为其不是偏振光,所以光强I不发生变化。 3、光的偏振实验中,如果在一组相互正交的偏振片之间插入一块半波片,使其光轴和起偏器的偏振轴平行,则透过检偏器的光斑还是暗的。因为经过起偏器后的线偏振光的偏振方向与波片光轴平行,与波片光轴垂直方向没有分量,此时不发生双折射效应,经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光,所以消光。 将检偏器旋转90度后,光斑的亮暗有变化,变亮,因为经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光,检偏器旋转90度后正好与线偏振光振动方向一致。 这个问题的关键在于波片的光轴和起偏器偏振轴平行,线偏振光经过后不改变偏振方向。我们知道线偏振光经过1/2波片偏振方向是要关于光轴(或者快轴,或者慢轴)对称的。当线偏振光偏振方向平行或者垂直与快轴或者慢轴时,波片不起改变偏振态的作用,不仅1/2波片如此,其它波片也这样。 4、用一个偏振片就能分辨。当自然光通过偏振片时,无论偏振片怎么旋转或者是静止(以光的传播方向为轴)光的强度都不会发生变化。 当圆偏振光通过偏振片时,保持偏振片不动,你会发现光的强度呈周期性变化,而且会出现消光。当圆偏振光与自然光的混合光通过偏振片时,保持偏振片不动,你也会发现光的强度呈周期性变化,但不会出现消光。

光的偏振习题(附答案) (1)讲课讲稿

光的偏振习题(附答案) (1)

光的偏振(附答案) 一. 填空题 1. 一束光垂直入射在偏振片P 上,以入射光为轴旋转偏振片,观察通过偏振片P 2. 的光强的变化过程. 若入射光是自然光或圆偏振光, 则将看到光强不变;若入 射光是线偏振光, 则将看到明暗交替变化, 有时出现全暗;若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光, 则将看到明暗交替变化, 但不出现全暗. 3. 圆偏振光通过四分之一波片后, 出射的光一般是线偏振光. 4. 要使一束线偏振光通过偏振片之后振动方向转过90度角,则至少需要让这 束光通过2块理想偏振片,在此情况下,透射光强最大是原来的1/4 倍. 5. 两个偏振片叠放在一起,强度为I 0的自然光垂直入射其上,若通过两个偏振 片后的光强为I/8,则此两偏振片的偏振化方向间的夹角为(取锐角)是60度,若在两片之间再插入一片偏振片, 其偏振化方向间的夹角(取锐角)相等,则通过三个偏振片后的投射光强度为9/32 I 0. 6. 某种透明媒质对于空气的临界角(指全反射)等于450, 则光从空气射向此 媒质的布儒斯特角是54.70, 就偏振状态来说反射光为完全偏振光, 反射光矢量的振动方向垂直入射面, 透射光为部分偏振光. 7. 一束自然光从空气透射到玻璃表面上(空气折射率为1), 当折射角为300 时, 反射光是完全偏振光, 则此玻璃的折射率等于1.732. 8. 一束钠自然黄光(λ=589.3×10-9m)自空气(设n=1)垂直入射方解石晶片的表面, 晶体厚度为0.05 mm, 对钠黄光方解石的主折射率n 0=1.6584、n e =1.4864, 则o 、e 两光透过晶片后的光程差为 8.6 μm , o 、e 两光透过晶片后的相位差为91.7 rad. 9. 在杨氏双缝干涉实验中, 若用单色自然光照射狭缝S, 在屏幕上能看到干涉 条纹. 若在双缝S 1和 S 2后分别加一个同质同厚度的偏振片P 1、P 2, 则当P 1与P 2的偏振化方向互相平行或接近平行时, 在屏幕上仍能看到清晰的干涉条纹. 10. 二. 计算题 11. 有一束自然光和线偏振光组成的混合光, 当它通过偏振片时改变偏振片的取 向, 发现透射光强可以变化7倍. 试求入射光中两种光的光强度各占总入射光强的比例. 解:设入射光的光强为0I , 其中线偏振光的光强为01I ,自然光的光强为02I .在该光束透过偏振片后, 其光强由马吕斯定律可知:

光的偏振 说课稿 教案

光的偏振 【教学目标】 知识与技能:1.通过实验,认识振动中的偏振现象,知道只有横波有偏振现象。2.了解偏振光和自然光的区别,从光的偏振现象知道光是横波。3.了解日常见到的光多数是偏振光,了解偏振光在生产生活中的一些应用。 过程与方法:1.通过机械波的偏振实验和光的偏振实验掌握类比研究物理问题的方法。2.通过对光的偏振应用的学习,提高应用知识解决实际问题的能力。 情感、态度与价值观:通过课外活动观察光的偏振现象培养学生联系实际学习物理的观念和习惯。 【教学重难点】 重点:光的偏振实验的观察和分析。 难点:光振动与自然光和偏振光的联系。 【教学方法】 通过实验现象使学生认清机械波中横波的偏振现象,再通过机械波与光波的类比,实现轻松过渡,形成概念明确规律,并在应用中深化知识的理解。 【教学用具】 柔软的长绳一根,带有狭缝的木板两块,细软的弹簧一根,电气石晶体薄片或人造偏振片两片,投影仪. 【教学过程】 (一)引入新课 (复习横波和纵波的概念) 教师:请同学们回忆一下机械波一节内容,举例说说什么是横波?什么是纵波? 学生: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。 教师: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? 这节课我们要学习的偏振现象,可以说明光是横波。 (二)进行新课

1.偏振现象 教师: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。 [演示一]介绍课本图13.6-1装置,教师演示,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。 教师:请一位同学来表述一下看到的现象。 学生:对绳上形成的横波,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。 教师:表达得不错,还有同学要补充吗? 学生:在绳上横波传播过程中,当狭缝既不与振动方向平行也不与振动方向垂直时,有部分振动能通过狭缝。 教师:很好。横波的这种现象称为偏振现象,大家看到,纵波不会发生偏振现象,根据是否能发生偏振,我们可以判断一个机械波是横波还是纵波。虽然这种方法对判断机械波并非必要,但我们可以借助这种方法来判断光波是横波还是纵波。 [演示二](教师介绍装置,强调起偏器P和检偏器Q的作用,演示同时引导学生认真观察随着检偏器Q的转动屏上光照强度的变化) 教师:请大家看这个薄片,它在我们这个演示实验中的作用与前面的带有狭缝的木板类似,它上面有一个特殊的方向称透振方向,只有振动方向与透振方向平行的光波才能透过偏振片,下面请大家认真观察。 [现象1]用一个起偏器观察自然光,偏振片是透明的,以光的传播方向为轴旋转P时,透射光强度不变。[投影] 教师:同学们能由此得到什么结论吗? 学生:光是纵波。 教师:怎么得到这个结论的呢? 学生:与前面纵波实验类比得到的。 教师:大家有没有考虑过假如波是横波而且沿各个方向都有振动的情况呢? (学生默然,教师继续演示)

光的偏振计算题及标准答案

光的偏振计算题及答案

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《光的偏振》计算题 1. 将三个偏振片叠放在一起,第二个与第三个的偏振化方向分别与第一个的偏振化方向成45?和90?角. (1) 强度为I 0的自然光垂直入射到这一堆偏振片上,试求经每一偏振片后的光强和偏振状态. (2) 如果将第二个偏振片抽走,情况又如何? 解:(1) 自然光通过第一偏振片后,其强度 I 1 = I 0 / 2 1分 通过第2偏振片后,I 2=I 1cos 245?=I 1/ 4 2分 通过第3偏振片后,I 3=I 2cos 245?=I 0/ 8 1分 通过每一偏振片后的光皆为线偏振光,其光振动方向与刚通过的偏振片的偏振化方向平 行. 2分 (2) 若抽去第2片,因为第3片与第1片的偏振化方向相互垂直,所以此时 I 3 =0. 1分 I 1仍不变. 1分 2. 两个偏振片叠在一起,在它们的偏振化方向成α1=30°时,观测一束单色自然光.又在α2=45°时,观测另一束单色自然光.若两次所测得的透射光强度相等,求两次入射自然光的强度之比. 解:令I 1和I 2分别为两入射光束的光强.透过起偏器后,光的强度分别为I 1 / 2 和I 2 / 2马吕斯定律,透过检偏器的光强分别为 1分 1211 cos 21αI I =', 2222cos 2 1αI I =' 2分 按题意,21I I '=',于是 222121cos 2 1cos 21ααI I = 1分 得 3/2cos /cos /221221==ααI I 1分 3. 有三个偏振片叠在一起.已知第一个偏振片与第三个偏振片的偏振化方向相互垂直.一束光强为I 0的自然光垂直入射在偏振片上,已知通过三个偏振片后的光强为I 0 / 16.求第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向之间的夹角. 解:设第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向间的夹角为θ.透过第一个偏 振片后的光强 I 1=I 0 / 2. 1分 透过第二个偏振片后的光强为I 2,由马吕斯定律, I 2=(I 0 /2)cos 2θ 2分 透过第三个偏振片的光强为I 3, I 3 =I 2 cos 2(90°-θ ) = (I 0 / 2) cos 2θ sin 2θ = (I 0 / 8)sin 22θ 3分 由题意知 I 3=I 2 / 16 所以 sin 22θ = 1 / 2, () 2/2sin 211-=θ=22.5° 2分 4. 将两个偏振片叠放在一起,此两偏振片的偏振化方向之间的夹角为o 60,一束光强为I 0 的线偏振光垂直入射到偏振片上,该光束的光矢量振动方向与二偏振片的偏振化方向皆成30°角. (1) 求透过每个偏振片后的光束强度; (2) 若将原入射光束换为强度相同的自然光,求透过每个偏振片后的光束强度.

光课程设计——光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真

西安邮电大学 光学报告 学院:电子工程 学生姓名: 专业名称:光信息科学与技术班级:光信1103班

设计名称:光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真 一、课程设计目的 1.掌握反射系数及透射系数的概念; 2.掌握反射光与透射光振幅和相位的变化规律; 3.掌握布儒斯特角和全反射临界角的概念。 二、任务与要求 对n1=1、n2=及n1=、n2=1的两种情况下,分别计算反射光与透射光 振幅和相位的变化,绘出变化曲线并总结规律。 三、课程设计原理 光在介质界面上的反射和折射特性与电矢量的振动方向密切相关。由于平面光波的横波特性,电矢量可在垂直传播方向的平面内的任意方向上振动,而它总可以分解成垂直于入射面振动的分量和平行于入射面振动的分量,一旦这两个分量的反射、折射特性确定,则任意方向上的振动的光的反射、折射特性也即确定。菲涅耳公式就是确定这两个振动分量反射、折射特性的定量关系式。

p s m E E t E E r im tm m im rm m ,,,0000===(1)s 分量和p 分量 垂直入射面的振动分量- -s 分量 平行入射面的振动分量- -p 分量 定义:s 分量、p 分量的反射系数、透射系数分别为 (2)反射系数和透射系数 定义:s 分量、p 分量的反射系数、透射系数分别为 m E E t E E r im tm m im rm m ,,0000=== (3)菲涅耳公 式

已知界面两侧的折射率21n n 、 和入射角1θ,就可由折射定律确定折射角2θ;进而可由菲涅耳公式求出反射系数和透射系数。绘出如下按光学玻璃(n=)和空气界面计算,在21 n n <(光由光疏介质射向光密介质)和21n n >(光由光密介质 射向光疏介质)两种情况下,反射系数、透射系数随入射角1θ的变化曲线。 (a)光由光疏介质射向光密介质 (b)光由光密介质射向光疏介 反射光与入射光中s,p 分量的相位关系: (1)n1<n2时,光疏入射光密 s 分量的反射系数s r : 反射光中的s 分量与入射光中的s 分量相位相反; 反射光中的s 分量相对入射光中的s 分量存在一个π相位突变(rs ?=π); p 分量的反射系数p r : 在1θB θ范围内,p r <0,反射光中的p 分量相对入射光中的p 分量有π相位突变(rp ?=π); (2)n1>n2时,光密入射光疏

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