第二十章光的波動性

1、第二十章 光的波動性我們已經(jīng)不止一次地聽到光是一種電磁波的說法，但要接受這個觀點，必須基于物理事實的總結。這是實現(xiàn)本章學習目的的基本手段。而且，本章的實驗大多數(shù)都是在我們現(xiàn)有的條件下能夠做成的，大家在課堂上要注意觀察、思考，必要的時候，我們還要自己動手進行分組實驗重復一百年前偉人們的研究歷程。本章可分為四個單元。第一單元：第1、2節(jié)，講光的干涉和衍射；第二單元：第3節(jié)，講光的電磁說，電磁波譜；第三單元：第4節(jié)，講光的偏振，進一步說明光是橫波，是電磁波；第四單元：第5節(jié)，介紹激光。本章的知識點在高考考綱中都是A級。在歷年的高考試題中，有關本章的內(nèi)容多以選擇或填空題的形式出現(xiàn)。命題幾率較高的是光的

2、干涉、衍射，其次是波長、波速和頻率的關系，有時還與幾何光學中的知識結合起來進行考查。§201 光的干涉【教學目的】1、認識光的干涉現(xiàn)象及光產(chǎn)生干涉的條件2、理解（楊氏）雙縫干涉形成的原理，以及條紋的特征3、知道實現(xiàn)光的干涉的途徑并不是唯一的，了解薄膜干涉形成的原理，以及它在工程物理領域的應用【教學重點】光產(chǎn)生干涉的條件，干涉條紋的特征【教學難點】（楊氏）雙縫干涉形成的原理，以及條紋的特征分析【教具】（楊氏）雙縫干涉儀，酒精燈，食鹽，鐵絲圈，肥皂水【課時安排】2課時【教學過程】、復習&引入復習提問1：波動只所以有別于粒子運動，其重要特征是什么？學生：能夠發(fā)生干涉、衍射。復習提問

3、2：什么是機械波的干涉？發(fā)生波的干涉的條件是什么？學生：兩列波在疊加后，在空間形成穩(wěn)定的振動加強和減弱的區(qū)域（而且它們彼此間隔）；兩列波的頻率相等。我們要確認光具有波動性，就必須拿出光能夠干涉或衍射的事實。而根據(jù)剛才的物理學史介紹，在波動說已經(jīng)提出的前提下，整個十八世紀都沒有得到發(fā)展。是不是觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象很不容易呢？答案是肯定的。一、雙縫干涉為什么不容易，這得從兩個角度去認識：一是干涉的條件是否容易達成，二是干涉現(xiàn)象形成后，其強弱的分布狀況是否方便人們?nèi)ビ^察。在第一個方面，就是一個難題。原來的一般的光源都含有多種顏色（即多種頻率）的成分，即便是找到了“完全相同”的光源，但從發(fā)光的微觀角

4、度看，由于發(fā)出的光波具有不連續(xù)性（就不能保證相位差恒定），要保證它們能夠發(fā)生干涉，也是很難的。光學上，把能夠發(fā)生干涉的光源叫做：1、相干光源：頻率相等、相位差恒定的光源稱為相干光源。為了確保這兩個條件滿足，人們想過很多辦法，英國物理學家托馬斯·楊是這樣做的：將同一光源發(fā)出的光用一個只留兩個孔（或兩個縫）的擋板擋住，那么從這兩個空（或兩個縫）中射出的光就是相干光源了。干涉現(xiàn)象形成后，如何方便觀察？這個問題復雜一些，讓我們將實驗完成之后，再做定量分析。2、雙縫干涉演示：（楊氏）雙縫干涉實驗a、學生觀察雙縫；b、學生預測實驗現(xiàn)象（教師配合草稿板圖機械波干涉分析類比）；c、學生觀察干涉條紋過

5、渡：為了解決干涉現(xiàn)象形成后是否方便觀察的問題，下面進入雙縫干涉的定量分析（請同學們注意，我們這里并不僅僅是解釋為什么形成干涉條紋這一點，我們已經(jīng)能夠利用已有的知識去預測了而是要研究怎樣形成方便觀察的條紋，這就涉及到一個條紋寬度的計算問題。因此，我們今天對光的干涉的研究比起機械波干涉的研究必須更為深入。）為了尋求條紋的寬度，我們引進波程差的分析法。a、定性闡述b、定量（板圖1）分析= S2P1 S1P1dsin= d·當= 0時（位置：P點），對應第一個最強點（事實上是一條線），此時 x = 0當=時（位置：P1點），對應第二個最強“線”，此時 x=當= 2時（位置：P2點），對應第三

6、個最強“線”，此時 x=2同學們，最亮條紋之間的間距是多少？學生：條紋間距x = x x = x x= 。我們這里沒有計算暗紋的位置和間距情況，暗紋的間距又是多少呢？學生：當然和亮紋間距相等。3、條紋間距 x = 假設我們手頭有兩個相干光源（平行的線光源），它們相距1m ，供觀察的屏到光源之間的距離為2m ，光的波長是我們前面提到的鈉黃光（= 5893），那么干涉條紋的間距x等于多少？師生共同計算：x = 1.18×10-6m = 0.00118mm 。這樣一個間距，肉眼觀察容易嗎？學生：不容易。那么，同樣是鈉黃光，楊氏雙縫干涉裝置的條紋間距有等于多少呢（楊氏雙縫間距d = 0.2m

7、m ，屏與雙縫距離 l = 1m）？學生：x = 2.95mm 。很顯然，這個間距觀察起來是很“舒服”的，這個數(shù)據(jù)也和我們實際觀察到的間距相符。剛才我們事實上已經(jīng)解釋了雙縫間距的寬窄會影響干涉條紋的間距，在這方面，我們還可以通過實驗驗證演示：相同色光，改變雙縫寬度，干涉條紋檢舉改變a、學生觀察；b、教材彩圖對應。下面，我們還要解釋關于雙縫干涉的另外兩個事實1、不同色光，條紋間距不同。a、介紹光的顏色和波長的一般對應規(guī)律（參照教材表格）；b、學生解釋“事實”；c、演示：不同色光的條紋間距不同d、參照教材彩圖2、復色光會形成彩色條紋a、原理介紹b、演示：復色光形成彩色條紋，學生觀察。過渡：從剛才的

8、研究，我們可以得出這樣的結論：只要有相干光源，光的干涉就能夠產(chǎn)生，但要觀察到明顯的干涉現(xiàn)象，則需要強弱（明暗）分布的距離適當這就需要相干光源的波程差比較微妙（和波長的數(shù)量級差別不大）。能夠滿足以上條件的裝置是不是只有楊氏的雙縫？答案必然是否定的。事實上，在十九世紀，探索光的波動性的物理學家很多，卓有成效的也絕不是只有托馬斯·楊一人。在物理學史上，比較有影響的干涉實驗就有：菲涅耳雙面鏡（雙棱鏡）實驗、洛埃單鏡實驗、法布里珀羅標準具干涉實驗、邁克爾遜干涉實驗、平行平板干涉實驗、楔形平板干涉實驗等等。他們有些和楊氏實驗的原理類似，有些則則差別較大。為了強化對干涉的印象，我們這里再介紹一個二

9、、薄膜干涉演示：鈉黃光在肥皂薄膜上的干涉。學生：觀察實驗現(xiàn)象。在這里，我們也看到了明暗相間的規(guī)則條紋，它的形成是不是和楊氏干涉條紋一樣呢？首先，光源同不同？學生：不同。為什么還需要一個肥皂薄膜？這里我們做一個分析a、楔性薄膜介紹；b、板圖2定量分析= 2h若在P處，= ，則P處為亮紋，h = 若在P1處，= 2，則P1處為亮紋，h1 =若在P2處，= 3，則P2處為亮紋，h2 =啟發(fā)：同學們，如果知道薄膜傾角，我們是否可以求出薄膜表面亮紋之間的寬度？師生共同計算：相臨亮紋處的厚度差 h = 設亮紋間距為y ，由于很小，tg ，所以亮紋間距（即條紋間距）y = 應用：請同學們計算一下，在剛才的鈉

10、黃光薄膜干涉中，要求條紋的間距為3mm（這樣觀察起來不至于太吃力），則薄膜傾角約為多少？學生：計算得出結果tg= 0.982×10-4 ，= 0.00562°。很顯然，要造就這樣一個微妙的夾角（而且基本恒定），是不容易的。啟發(fā)：下面請同學們思考一個問題，如果薄膜因某種原因形成了一個“橫?！保ㄈ鐖D3甲所示）的狀況，干涉條紋將是什么狀況？學生：思考、交流教師導引分析如圖3乙和丙所示（1區(qū)傾角增大，2區(qū)傾角減小）啟發(fā)：如果是局部凸起，條紋狀況有怎樣？學生：思考、嘗試事實上，這個原理已經(jīng)被用于工程技術中的高精度的平面檢測中，相關的細節(jié)請大家參看教材內(nèi)容學生：閱讀教材薄膜干涉的應用除

11、了平面檢測，還有增透膜，有興趣的同學可以在課外閱讀一些相關的介紹。三、小結光的干涉實驗的成功是光具有波動性的鐵的證明。本節(jié)課，我們比較細致地討論了光的干涉的規(guī)律。從相關的結果我們可以體會到，要做成效果顯著的光的干涉實驗是不容易的，在某種程度上講，這也是光的波動說在十八世紀沒有得到發(fā)展的原因。我們通過學習本節(jié)，需要弄清楚的是，光的干涉的條件是什么，形成顯著的干涉在技術上有一些什么要求，雙縫干涉和薄膜干涉的共同點和不同點在什么地方。學了光的干涉，我們還要能夠解釋一些基本自然現(xiàn)象，課后有這樣的習題，大家要認真思考。四、作業(yè)布置§202 光的衍射【教學目的】1、了解光的衍射現(xiàn)象，知道發(fā)生明顯

12、的光的衍射現(xiàn)象的條件2、認識衍射條紋和干涉條紋的區(qū)別，定性了解衍射條紋形成的原理3、知道實現(xiàn)光的衍射的途徑是多種多樣的，進一步強化對光的波動性的認識【教學重點】光的衍射現(xiàn)象、發(fā)生明顯的光的衍射現(xiàn)象的條件【教學難點】光發(fā)生衍射后，為什么有條紋形成【教具】激光器、可調(diào)單縫一個、寬度為0.025mm的單縫一個、光柵五個、剔須刀片一塊【教學過程】、復習&引入復習提問1：什么是波的衍射現(xiàn)象，發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么？學生：回憶、答問引入：光的波長的數(shù)量級是多少？要光發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，容易嗎？學生：107m ；不容易。正因為實現(xiàn)光波的衍射比起機械波的衍射要難得多，所以在一個相當長的時期內(nèi)，光

13、能夠發(fā)生衍射的觀點根本不被人們所接受，光的波動說也就欠缺了說服力。但是，功夫不負有心人，隨著技術條件的進步、科學家們的不懈努力，關于光的衍射的研究終于獲得了突破，而其中又以法國的菲涅爾、德國的夫瑯和費等科學家最為成功。一、單縫衍射演示：單縫衍射實驗a、學生觀察寬度為0.025mm的單縫、可調(diào)單縫；b、用可調(diào)單縫進行（菲涅爾衍射）實驗（肉眼直接對著單縫觀察）；c、用0.025mm的單縫進行（夫瑯和費衍射）實驗；d、學生觀察觀察實驗現(xiàn)象、表達實驗結果?？偨Y：光線離開直線路徑繞過障礙物陰影里去；衍射區(qū)域的光強有規(guī)則地分布。1、光的衍射：光離開直線路徑繞過障礙物陰影里去的現(xiàn)象叫做光的衍射現(xiàn)象。過渡：衍

14、射現(xiàn)象中，由于光強的規(guī)則分布，光屏上也出現(xiàn)了條紋，我們把它們稱為衍射圖樣，衍射圖樣和（楊氏）干涉圖樣是一樣的嗎？學生：不同。2、單縫衍射圖樣比較單色光的雙縫干涉圖樣與單色光的單縫衍軀干圖樣，它們各有什么特點？學生：觀察實驗現(xiàn)象、參看教材彩圖2光的干涉和衍射，比較衍射圖樣和干涉圖樣的差別干涉：條紋間距基本相等，條紋的亮度衰減較??；衍射：條紋間距不相等（但相等中央亮紋對稱），條紋的亮度衰減明顯。我們已經(jīng)知道了干涉圖樣是怎樣形成的，并能夠求出楊氏雙縫干涉的條紋間距，那么，單縫衍射的圖樣又是怎樣形成的呢？3、衍射圖樣的解釋a、定性解釋惠更斯子波理論、干涉理論；b、定量解釋 *菲涅爾半波帶（解釋夫瑯和費

15、單縫衍射）草稿板圖圖1；a一定，對于合適的 = 1 ，總可以找到asin1 = ·2k（圖1展示了k = 1的情形）此時，將單縫出發(fā)的子波面劃分為2k個“半波帶”（圖1中，AB是一個半波帶、BC是第二個）。這樣，一個半波帶中的某個點，總是可以在相臨的半波帶中找到波程差為的一個對應點（譬如圖1中的A1和B1點），它們在光屏上方位角為1的“點”的疊加是相消的。由于相臨半波上的點可以這樣（成對地）尋找殆盡，故光屏上方位角為 = 1的“線”是（完全的）暗線。對于合適的 = 2 ，總可以找到asin2 = ·（2k1）此時，子波面可以劃分為（2k1）個半波帶，相臨半波帶的子波在光屏上

16、方位角為2的“點”的疊加相消，還有一個半波帶在子波照射在光屏上。即：光屏上方位角為 = 2的“線”是亮線。當asin3既不是的2k倍，也不是的（2k1）倍時，沒有被相消的子波不足半個波帶，照在光屏上的能量比 = 2時要少，構成暗線和亮線的過渡區(qū)。根據(jù)剛才的定量解釋，單縫衍射的中央位置是亮紋還是暗紋？學生： = 0 ，是亮紋。如果將單縫換成尺寸很小的線或屏，定量的計算表明，這個結論也成立（中央是亮紋或亮點）。關于這一點，歷史上有一個有趣的故事1818年，菲涅耳成功地用半波帶理論解釋了光的衍射現(xiàn)象，著名的數(shù)學家泊松根據(jù)菲涅耳的理論推算出，在不透明的小圓板的陰影中心應當出現(xiàn)一個亮斑。由于人們從未見過

17、也從沒聽過這種現(xiàn)象，因此認為是十分荒謬的，所以泊松興高烈地宣稱他駁倒了菲涅耳的波動理論。但是年輕的菲涅耳接受了這一挑戰(zhàn)，精心實驗，奇跡出現(xiàn)了實驗證明盤影的中心硬實有亮斑。而這一亮斑居然被戲劇性地命名為泊松亮斑。二、其它衍射現(xiàn)象和機械波一樣，只要滿足衍射的基本條件，實驗明顯衍射的途徑并不是唯一的1、按光源、障礙物、光屏的位置關系，衍射也分為菲涅爾衍射（有限距離）和夫瑯和費衍射（無限距離）；2、按障礙物的形狀，可以分為單縫衍射、單孔衍射、直邊衍射、圓屏衍射、光柵衍射等。學生：觀察光柵衍射學生：觀察直邊衍射三、小結光的衍射和干涉共同構成了光具有波動性的有力證明。但是，對于衍射的定量分析顯然比干涉要難

18、得多，所以，教材的要求也沒有干涉那么高。我們通過本節(jié)的學習，主要是要定性的了解實現(xiàn)明顯的光的衍射的條件、衍射圖樣和干涉圖樣的區(qū)別、進一步強化“光是一種波”的觀念。為了強化我們的所學，這里有兩個思考題。1、光能夠發(fā)生衍射，是不是意味著“光沿直線傳播”的結論是完全錯誤的？學生：答問2、事實上，（單縫）衍射圖樣和（雙縫）干涉圖樣的區(qū)別雖然是明顯的，但它們也有一些共同的特點，我們可以通過教材的彩圖2光的干涉和衍射找出它們的共同點嗎？學生：對比尋找（師生共同）歸納如下表（雙縫）干涉圖樣（單縫）衍射圖樣雙縫間距越小，條紋間距越大單縫寬度越小，條紋間距越大（單色光）波長越小，條紋間距越小（單色光）波長越小，

19、條紋間距越小單色光形成明暗條紋，白光形成彩色條紋單色光形成明暗條紋，白光形成彩色條紋四、作業(yè)布置§203 光的電磁說【教學目的】1、了解光的電磁說及其建立過程2、能夠從電磁波譜了解各種電磁波的共性、區(qū)別和相互關系3、知道不同波段電磁波的一些典型應用【教學重點】光的電磁說及其建立過程【教學難點】電磁波譜概念的建立【教具】光譜儀【教學過程】、復習&引入復習提問1：哪些事實能夠說明光具有波動性？學生：答問復習提問2：電磁波和機械波的的區(qū)別與聯(lián)系何在？學生：回憶、答問引入：通過前面的學習，光具有波動性的觀點大概已經(jīng)被我們廣大的同學所接受，但是，光究竟是機械波還是電磁波？這就是本節(jié)課要

20、解決的問題一、光的電磁說19世紀初，光的波動說獲得很大成功，逐漸得到人們公認。但是當時人們把光波看成象機械波，需要有傳播的媒介，曾假設在宇宙空間充滿一種特殊物質(zhì)“以太”。而且，“以太”應具有以下性質(zhì)：一是有很大的彈性（甚至象鋼一樣），二是有極小的密度（比空氣要稀薄得多以至我們根本不能用實驗探測它的存在）。這種神秘的“以太”存在嗎？這個問題到目前為止，甚至還在小范圍的爭執(zhí)之中。但是，各種證明“以太”存在的實驗都被認為是失敗的，這就使光的機械波學說陷入了困境。而且，有一些新的事實促使人們?nèi)ミM一步探索光的本性的神秘面紗：1862年法拉第做了最后一次實驗，試圖發(fā)現(xiàn)磁場對放在磁場內(nèi)的光源發(fā)出的光線的影響

21、，但結果是否定的，因為他用的儀器還不夠靈敏，不能探測到這種微細的效應。三十年后，當時還是青年的塞曼，從閱讀法拉第的實驗計劃受到啟發(fā)，他用更精密的儀器重新做實驗，發(fā)現(xiàn)了塞曼效應。這個實驗既對原子物理的研究有著重要的貢獻，同時也證明了光具有電磁本性。19世紀60年代，英國物理學家麥克斯韋提出電磁場的理論，預見了電磁波的存在，并提出電磁波是橫波，傳播的速度等于光速，根據(jù)它跟光波的這些相似性，指出“光波是一種電磁波”光的電磁說。1888年赫茲用實驗證實了電磁波的存在，測得它傳播的速度等于光速，與麥克斯韋的預言符合得相當好，證實了光的電磁說是正確的。而且，光作為一種電磁波，具有電磁波的共性：1、同種均勻

22、介質(zhì)中勻速傳播= v/f ；2、從一種介質(zhì)到另一種介質(zhì)，波的頻率不變、波速&波長改變。二、電磁波譜光作為一種電磁波，它的頻率范圍是3.9×10147.5×1014Hz ，（在真空中的）波長范圍是7.70×1074.00×107m 。在光譜儀上，我們所看到的效果就是演示：光譜儀觀察太陽光譜。提問：通過剛才的觀察，我們發(fā)現(xiàn)，光譜的情形和教材的彩圖1有什么區(qū)別？學生：答問一個重大的區(qū)別是，紅光的右邊、紫光的左邊都沒有“鋒利”的邊界！這一點很重要，它會激起人們探索問題的欲望既然，紅光的右邊是模糊消失的，那么，在那個似有似無的區(qū)域，是不是存在著我們?nèi)庋劭床?/p>

23、見，但用一起可以探測的射線？1、紅外線。1800年英國物理學家赫謝耳用靈敏溫度計研究光譜各色光的熱作用時，把溫度計移至紅光區(qū)域外側(cè)，發(fā)現(xiàn)溫度更高，說明這里存在一種不可見的射線，后來就叫做紅外線。一切物體（包括大地、人體、農(nóng)作物和車船）都在發(fā)射紅外線，物體的溫度越高，輻射的紅外線越強（波長越短）（真空中）波長數(shù)量級：106102m 。顯著作用：熱作用。重要應用（1）紅外線加熱，這種加熱方式優(yōu)點是能使物體內(nèi)部發(fā)熱，加熱效率高，效果好；（2）紅外攝影，（遠距離攝影、高空攝影、衛(wèi)星地面攝影）這種攝影不受白天黑夜的限制；（3）紅外線成像（夜視儀）可以在漆黑的夜間能看見目標；（4）紅外遙感，可以在飛機或衛(wèi)

24、星上戡測地熱，尋找水源、監(jiān)測森林火情，估計家農(nóng)作物的長勢和收成，預報臺風、寒潮。2、紫外線。1801年德國的物理學家里特，發(fā)現(xiàn)在紫外區(qū)放置的照相底板感光，熒光物質(zhì)發(fā)光。（真空中）波長數(shù)量級：109107m 。顯著作用：化學作用，熒光效應，殺菌消毒。重要應用（1）紫外照相，可辨別出很細微差別，如可以清晰地分辨出留在紙上的指紋；（2）照明和誘殺害蟲的日光燈，黑光燈；（3）醫(yī)院里病房和手術室的消毒；（4）治療皮膚病，硬骨病。過渡：通過紅外線和紫外線的波長數(shù)量級不難發(fā)現(xiàn)，這兩種波（或者射線）雖然不被人們的肉眼所感知，但它們的“頻道范圍”比起可見光居然要寬廣得多！人們探索問題的欲望是沒有止境的，紅光的“

25、外邊”找到了紅外線，紅外線和紫外線的“外邊”又會有些什么射線或者波呢？3、倫琴射線。1895年德國物理學家倫琴在研究陰極射線的性質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)陰極射線（高速電子流）射到玻璃壁上，管壁會發(fā)出一種看不見的射線，倫琴把它叫做X射線。顯著作用：穿透本領強。重要應用（1）工業(yè)上金屬探傷；（2）醫(yī)療上透視人體。倫琴因為X射線的研究獲得1901年首屆諾貝爾物理學獎。4、射線、無線電波X射線的“外邊”射線紅外線的“外邊”無線電波5、電磁波譜剛才談到的各種波不僅在波段已經(jīng)完整實現(xiàn)了接軌，而且，他們還有一個共同的特征：都是電磁波。這就構成了電磁波的一個龐大家族，我們稱為電磁波譜。而無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫

26、琴射線、r射線可以視為電磁波譜這個大家族中的各個成員。學生參看教材圖20-16（教師配備解說：各種射線和電磁波譜的圖解說明）在這個大家族中，我們還不難發(fā)現(xiàn)，雖然可見光是最容易引起人們的感知的波，卻是“波段”范圍最為狹窄的一個“小弟小”。三、小結本節(jié)課，我們雖然是在繼續(xù)探究光的本質(zhì)屬性，同時也從尋找光的“鄰居”，帶出了光所在的家族中的眾多成員。對于這個家族電磁波譜，我們需要了解是，不同的波具有的共性：都是本質(zhì)相同的電磁波，它們的行為服從電磁波的共同規(guī)律。但同時，它們也是各有個性，具體體現(xiàn)為：（1）激發(fā)的微觀機制不同波的種類激發(fā)機制無線電波電磁振蕩紅外線原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生可見光紫外線倫琴

27、射線原子內(nèi)層電子受到激發(fā)而產(chǎn)生射線原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生（2）物理特性不同四、作業(yè)布置§204 光的偏振【教學目的】1、知道振動中的偏振現(xiàn)象，知道只有橫波有偏振現(xiàn)象2、了解偏振光和自然光的區(qū)別，知道日常見到的光多是偏振光，知道偏振光的一些應用3、通過光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波【教學重點】通過光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波【教學難點】發(fā)射和折射時，為什么會使光波形成偏振【教具】偏振片【教學過程】、復習&引入復習提問1：電磁波是橫波還是縱波？電磁波在轉(zhuǎn)播時，電矢量E 、磁矢量B和傳播方向x有什么關系？學生：答問引入：既然我們已經(jīng)知道電磁波是橫波，而光波是電磁波，故光波肯定是橫波。而且，由于

28、光波在傳播時，引起感光作用（和生理作用）的主要是電矢量E ，我們在研究光波的傳播時，就可以用E-x圖象類比機械波的y-x圖象。本節(jié)課，我們將看一看光作為一種橫波所顯現(xiàn)出來的一種特殊現(xiàn)象一、偏振現(xiàn)象啟發(fā)：我們已經(jīng)從理論上知道了橫波和縱波的差別，那么，它們在傳播的過程中，會有什么表象的不同呢？這里看一個演示演示：（機械）橫波和縱波在穿過狹縫時的差別學生：觀察現(xiàn)象解釋啟發(fā)：光波既然是橫波，它的傳播是不是也應該具備機械波的這種特征？由于光的E振動并不是肉眼所能直接觀察的，所有需要借助相關儀器來完成類比實驗。偏振片介紹（透振方向）演示：自然光穿過兩塊偏振片a、自然光穿過一塊偏振片，轉(zhuǎn)動透振方向；b、自然

29、光穿過兩塊透振方向相互平行的偏振片；c、自然光穿過兩塊透振方向相互垂直的偏振片。學生：觀察歸納：a項事實說明光波可能是縱波；光波的E矢量可能各個振動方向都是均衡的（和機械橫波有差別）； b、c項事實說明光波必然是橫波；自然光通過一塊偏振片后E矢量只沿某個振動方向（和機械橫波已經(jīng)非常類似）。概念和名詞得出光雖然是橫波，但由于經(jīng)過偏振片前后的橫波有一定差別，我們把前面的叫自然光，后面的叫偏振光。形成偏振光的過程叫起偏或偏振。當其中一個方向上的光振動E強于另一個方向上的光振動，則稱為部分偏振光；如果只存在了一個方向上的振動分量，就稱為完全偏振光。二、自然光和偏振光提問：我們怎樣判斷一束光是自然光還是

30、偏振光？學生：討論因此，偏振片也叫起偏器或檢偏器。偏振光怎樣形成呢？1、使自然光透過偏振片；2、光的反射和折射能夠是光形成偏振。反射光中，垂直（“三線”平面的）振動多于平行振動；折射光中，平行振動多于垂直振動。即：反射光和折射光均為部分偏振光。當入射角i = arctgn21（n21表示折射媒質(zhì)對入射媒質(zhì)的相對折射率）時，反射光只存在垂直振動，為完全偏振光。而折射光仍存在平行振動（較多）和垂直振動（較少），為部分偏振光。這時的i稱為起偏振角，或布儒斯特角。三、小結我們已經(jīng)能夠從已有的知識判斷光波是橫波。本節(jié)課，我們主要是通過一個具體的事實來強化這種印象。因此，對于偏振的定量規(guī)律，教材沒有介紹（如：當E方向和偏振片的透振方向既不平行、也不垂直時，光的強度怎么解釋？）。反射和折射為什么會使光形成偏振，這個解釋也是比較難的，現(xiàn)階段也沒有作要求。但是，光的偏振已經(jīng)在技術領域有了一些應用，這一點，作為一個中學生，還是有必要了解的。這方面，教材的末了、后面的“閱讀材料”有相關介紹，請同學們一定要看一看。四