偏振光的立體式教學

1、偏振光的立體式教學、八一、前 言大學物理教學中兩種傳統(tǒng)方式是課堂教學和實驗教學。 在課堂教學中一個教師給幾十甚至上百個學生授課， 師生之間、 同學 之間交流較少；實驗教學中，學生要用34小時完成教師安排的實驗題目， 時間緊迫。這兩種教學模式都是以學生接受、 理解、 記憶被動式學習為主，優(yōu)點是教師對教學進程易于控制。教育改革的形勢提倡改變傳統(tǒng)的以教師為中心的教學模式， 注重以學生為主體、 更多的激發(fā)學生自主學習和探索的熱情， 注 重良好的溝通技能和團隊合作精神的培養(yǎng)， 關注學生成長和全面 素質的提高。在物理實驗中引入設計性實驗， 實驗室也逐步開放， 以鼓勵學生的自主式學習與探索。二、立體式教學

2、我們在大學物理課程的偏振光的教學中嘗試了“立體式教 學”，將理論教學、實驗教學以及分析總結融合起來，并充分發(fā) 揮學生的主觀能動性，通過 4 個階段來完成一個主題內容的教 學。啟發(fā)式的課前預習提綱；課堂討論；設計性實驗； 提交課程論文。通過課前預習培養(yǎng)學生針對一類問題的調查研究能力和分 析能力； 課堂討論培養(yǎng)學生的表達能力； 設計性實驗培養(yǎng)學生的 創(chuàng)新能力和動手能力；提交課程論文培養(yǎng)學生的分析總結能力。從預習、課堂討論、實驗小組的建立、實驗方案的形成與實施、 提交課程論文， 整個過程是完全開放的， 都以學生為中心自主完 成的，教師只是指導者。教學中提高了學生學習興趣，并取得了 很好的教學效果。三

3、、偏振光的立體式教學設計與實踐1. 偏振光的理論預習提綱偏振光的理論預習提綱歸納如下：常見光源的發(fā)光機理；光的偏振性；偏振片的起偏與檢偏，馬呂斯定律；反射、 折射時光的起偏與檢偏，布儒斯特定律；雙折射現(xiàn)象。2. 設計性實驗的參考題目在只有常規(guī)的偏振光實驗儀器的情況下 （如光具座、 偏振片、 玻璃堆、鈉光燈、1/4波片、1/2波片、He-Ne激光器、天平等）， 應做到以下幾點：區(qū)分普通玻璃片、偏振片、1/4波片、1/2波片； 確定偏振片通光方向或波片的光軸； 測量透明或不透 明材質的折射率（材質自備）；設計光路圖，使透射光強為入 射自然光強的 1/n 。收到了較好的教學效果。3. 預習報告（1）

4、常見光源是自然光，是大量原子的自發(fā)輻射躍遷形成 的；激光為受激輻射形成的。（ 2）光是電磁波、橫波，具有偏振性質，其偏振方向為電 場強度的振動方向。 光束按偏振性質可分為自然光、 線偏振光和 部分偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光。（3）偏振片的起偏機理為透明基片上的導電分子鏈將其平 行方向上的光振動分量吸收， 只剩與其垂直方向的光振動透射而 起偏的。 1 對于自然光，理想的偏振片的透射光強為入射光強 的 1/2 。如果光振動方向與偏振片透光方向的夾角為 ，入射光強為 I0 ，透射光強為 I ，則偏振片上的入射光強與投射光強符合馬呂 斯定律： 。根據(jù)馬呂斯定律， 可以定量計算偏振片透射光與入射光的相

5、 對光強，利用偏振片的起偏原理也可以對一束光進行檢偏。（4）自然光遇介質界面時，反射光和折射光都成為部分偏 振光， 當反射光和折射光垂直時， 只有垂直入射面的光振動能夠 被反射，折射光為平行于入射面的光振動為主的部分偏振光。布儒斯特定律： 當反射光和折射光垂直時， 反射光為垂直入 射面的線偏振光。入射角稱為布儒斯特角，滿足（ n1為入射媒質折射率， n2 為折射媒質折射率）。 根據(jù)布儒斯特定律， 可以測量折射物質的折射率； 玻璃堆也 可以像偏振片一樣對一束光進行起偏或檢偏， 或者對透射光強進 行控制。（5）雙折射現(xiàn)象。自然光遇晶體時分成兩束線偏振光的現(xiàn) 象叫做雙折射現(xiàn)象。 利用雙折射晶體做成尼

6、科爾棱鏡， 也可以對 一束光進行起偏和檢偏。 利用雙折射晶體做成的 1/4 波片可以獲 得橢圓偏振光或者圓偏振光； 1/2 波片可以方便地使偏振光的振動面偏轉任意角度。（6）區(qū)分自然光、線偏振光、部分偏振光的常見方法可以 利用偏振片、 玻璃堆或者尼科爾棱鏡的任何一個置于光路中并以 光路為軸旋轉觀察透射光強的變化來判斷。4. 課堂教學以學生在自學預習中形成的觀點和遇到的問題為主進行討 論，教師適當講解， 鍛煉學生的思維表達能力和傾聽并尋找設計 性實驗的合作伙伴。5. 設計性實驗的觀察點（1）區(qū)分普通玻璃片、 偏振片、 1/4 波片、 1/2 波片。首先， 確定與波片對應的光源， 考察點為普通玻璃

7、片對垂直入射光的偏 振性無明顯影響；偏振片在自然光中呈灰色；其次，偏振片改變 入射線偏振光的透射光強和偏振方向； 1/4 波片對入射線偏振光 的透射光強無影響， 透射光可以仍是線偏振光 （入射線偏振光振 動方向平行或垂直波片光軸）或者橢圓偏振光、圓偏振光； 1/2 波片只是使入射線偏振光振動面旋轉 2 倍的入射光振動面、 波片 光軸夾角。（2）確定偏振片通光方向可利用已知布儒斯特角的玻璃堆 起偏的偏振光。（3）測量透明或不透明材質的折射率（材質自備）?？疾?點為反射光偏振性的檢測、布儒斯特定律 的計算及光路的設計。（4）要使透射光強為入射自然光強的 1/n ，兩偏振片通光 方向夾角為 ；或者偏

8、振片、玻璃堆和尼克爾棱鏡中任意兩個的 組合，但光路要復雜一點。實驗小組活動的方式和時間可以協(xié)商選擇。 實驗方案自由討 論，相互批評，相互補充，相互完善，從中加深對理論的理解， 起到課堂教學起不到的作用。 形成統(tǒng)一方案后交與指導教師， 由 教師形成建設性指導意見后反饋回小組， 而不是簡單的給出正確 答案或解釋。6. 課程論文 課程論文包括預習報告、實驗目的、實驗儀器、光路圖、操 作步驟、實驗數(shù)據(jù)、實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)處理、偏振光應用的展望與 綜述等。四、結束語 在整個教學過程中，偏振光的理論預習內容屬于必修課內 容，設計性實驗是自愿參加的。對學生來講，整個過程是自主的 相互學習的過程， 也是合作互動的過程， 是交朋友和討論物理問 題的過程。物理知識是大家一起構建的，而不是被灌輸?shù)?/p>