高中物理《光的偏振》課件選修3-4

1、光的干涉和衍射現(xiàn)象表明光是一種波我們知道波有光的干涉和衍射現(xiàn)象表明光是一種波我們知道波有橫波和縱波，那么，光波是橫波還是縱波呢？橫波和縱波，那么，光波是橫波還是縱波呢？ 用機械波來說明橫波和縱波的主要區(qū)別用機械波來說明橫波和縱波的主要區(qū)別 已經知道繩波是橫波，如果在它的傳播方向上放上已經知道繩波是橫波，如果在它的傳播方向上放上 帶有狹縫的木板，只要狹縫的方向跟繩的振動方向相帶有狹縫的木板，只要狹縫的方向跟繩的振動方向相同，繩上的橫波就可以毫無阻礙地傳過去；如果把狹同，繩上的橫波就可以毫無阻礙地傳過去；如果把狹縫的方向旋轉縫的方向旋轉9090，繩上的橫波就不能通過了，繩上的橫波就不能通過了橫波橫

2、波的振動矢量垂直于波的傳播方向振動，的振動矢量垂直于波的傳播方向振動，振動矢量偏于某個特定方向的振動矢量偏于某個特定方向的現(xiàn)象叫偏振現(xiàn)象叫偏振；縱波縱波只能沿著波的傳播方向振動，所以只能沿著波的傳播方向振動，所以不可不可能有偏振能有偏振問題思考：問題思考：機械橫波與縱波的區(qū)別機械橫波與縱波的區(qū)別機械波穿過狹縫機械波穿過狹縫一、橫波與偏振現(xiàn)象一、橫波與偏振現(xiàn)象只有橫波有偏振現(xiàn)象只有橫波有偏振現(xiàn)象 而縱波無偏振問題而縱波無偏振問題-用用偏振片偏振片檢驗檢驗 通光方向通光方向P通通不通不通 受上面實驗的啟發(fā)，我們可以利用類似的實驗來受上面實驗的啟發(fā)，我們可以利用類似的實驗來判斷光波是橫波還是縱波判斷

3、光波是橫波還是縱波 偏振片由特定的材料制成，它上面有一個特殊的偏振片由特定的材料制成，它上面有一個特殊的方向（叫做透振方向），只有振動方向與透振方方向（叫做透振方向），只有振動方向與透振方向平行的光波才能通過偏振片偏振片對光波的向平行的光波才能通過偏振片偏振片對光波的作用就像上圖中的狹縫對于機械波的作用一樣作用就像上圖中的狹縫對于機械波的作用一樣 現(xiàn)在利用偏振片代替上面的帶有狹縫的木板，來現(xiàn)在利用偏振片代替上面的帶有狹縫的木板，來做光學實驗做光學實驗1 1、偏振片：、偏振片：點擊下圖觀看動畫演示 當只有一塊偏振片時，以光當只有一塊偏振片時，以光的傳播方向為軸旋轉偏振片，的傳播方向為軸旋轉偏振片

4、，透射光的強度不變透射光的強度不變當兩塊偏振片的透振方向平當兩塊偏振片的透振方向平行時，透射光的強度最大，行時，透射光的強度最大，但是，比通過一塊偏振片時但是，比通過一塊偏振片時要弱要弱當兩塊偏振片的透振方向垂當兩塊偏振片的透振方向垂直時，透射光的強度最弱，直時，透射光的強度最弱，幾乎為零幾乎為零. .2 2、偏振現(xiàn)象：、偏振現(xiàn)象：二、產生偏振現(xiàn)象的原因二、產生偏振現(xiàn)象的原因 1、太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同這種光叫

5、做光波的強度都相同這種光叫做自然光自然光 . . 2 2、自然光通過第一個偏振片（叫做起偏器）之后，、自然光通過第一個偏振片（叫做起偏器）之后，只有振動方向跟偏振片的透振方向一致的光波才只有振動方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通過也就是說，通過第一個偏振片的光波，能通過也就是說，通過第一個偏振片的光波，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的方向振動這種光叫做方向振動這種光叫做偏振光偏振光 3 3、通過第一個偏振片的偏振光再通過第二個偏振、通過第一個偏振片的偏振光再通過第二個偏振片（稱為片（稱為檢偏器檢偏器）時，如果兩個偏振片的透振方）時，如果兩

6、個偏振片的透振方向平行，那么，通過第一個偏振光的振動方向跟向平行，那么，通過第一個偏振光的振動方向跟第二個偏振片的透振方向平行，透射光的強度最第二個偏振片的透振方向平行，透射光的強度最大大 4 4、如果兩個偏振片的透振方向垂直，那么，偏振、如果兩個偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振動方向跟第二個偏振片的透振方向垂直，偏光的振動方向跟第二個偏振片的透振方向垂直，偏振光不能通過第二個偏振片，透射光的強度為零振光不能通過第二個偏振片，透射光的強度為零 所以，光是一種橫波所以，光是一種橫波 光是一種電磁波光是一種電磁波電磁波是橫波，光波當然是橫波電磁波是橫波，光波當然是橫波電磁波中，電磁波中，E和

7、和B的振動方向都與波方向垂直的振動方向都與波方向垂直光波的感光作用和生理作用，主要是光波的感光作用和生理作用，主要是E所引起的所引起的E的振動的振動-光振動光振動在與光波傳播方向垂直的平面內，光振動可沿在與光波傳播方向垂直的平面內，光振動可沿任意方向。任意方向。自然光自然光-光振動沿各個方向均勻分布光振動沿各個方向均勻分布偏振光偏振光-光振動沿著特定的方向光振動沿著特定的方向三、光是橫波的理解：三、光是橫波的理解： 在光波里，可引起人的視覺的是在光波里，可引起人的視覺的是 E E 矢量（光矢量）。矢量（光矢量）。光矢量光矢量振動面振動面v0HE1 1、光波的、光波的E E、H H、v v三者垂

8、直。三者垂直。2 2、光源直接發(fā)出的光、光源直接發(fā)出的光-自然光自然光 通?？吹降慕^大多數(shù)光通常看到的絕大多數(shù)光-偏振光偏振光V自然光自然光V偏振光偏振光i1n2n自然光射到兩種介質自然光射到兩種介質的界面上，如果光入的界面上，如果光入射方向合適，使射方向合適，使反射反射光和入射光垂直光和入射光垂直。反射光和折射光都是反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向偏振光，且偏振方向互相垂直互相垂直。3 3、自然光在反射和折射后成偏振光、自然光在反射和折射后成偏振光注：注：反射光反射光E E矢量垂直于紙面；矢量垂直于紙面； 折射光折射光E E矢量在紙平面內。矢量在紙平面內。照相時，有關偏振的應用照相時，有

9、關偏振的應用立體電影與光的偏振立體電影與光的偏振汽車駕駛員，有關偏振的應用汽車駕駛員，有關偏振的應用液晶顯示液晶顯示日常生活中應用偏振光的實例：日常生活中應用偏振光的實例：四、偏振光的應用四、偏振光的應用例如拍攝水下的景物或展覽櫥窗中的陳列品的照片時，例如拍攝水下的景物或展覽櫥窗中的陳列品的照片時，由于水面或玻璃會反射出很強的反射光，使得水面下由于水面或玻璃會反射出很強的反射光，使得水面下的景物和櫥窗中的陳列品看不清楚，攝出的照片也不的景物和櫥窗中的陳列品看不清楚，攝出的照片也不清楚如果在照相機鏡頭上加一個偏振片，使偏振片清楚如果在照相機鏡頭上加一個偏振片，使偏振片的透振方向與反射光的偏振方向

10、垂直，就可以把這些的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可以把這些反射光濾掉，而攝得清晰的照片；此外，還有立體電反射光濾掉，而攝得清晰的照片；此外，還有立體電影、消除車燈眩光等等。影、消除車燈眩光等等。 1 1、照相機鏡頭前裝一片偏振濾光片可減弱反射光，使、照相機鏡頭前裝一片偏振濾光片可減弱反射光，使相片更清晰相片更清晰 汽車夜間在公路上行駛與對面的車輛相遇時，為了避免汽車夜間在公路上行駛與對面的車輛相遇時，為了避免雙方車燈的眩目，司機都關閉大燈，只開小燈，放慢車速，雙方車燈的眩目，司機都關閉大燈，只開小燈，放慢車速，以免發(fā)生車禍。如駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有以免發(fā)生車禍。如駕駛室的前

11、窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平偏振片，而且規(guī)定它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平面成面成45度角，那么，司機從前窗只能看到自已的車燈發(fā)出的度角，那么，司機從前窗只能看到自已的車燈發(fā)出的光，而看不到對面車燈的光，這樣，汽車在夜間行駛時，即光，而看不到對面車燈的光，這樣，汽車在夜間行駛時，即不要熄燈，也不要減速，可以保證安全行車。不要熄燈，也不要減速，可以保證安全行車。 另外，在陽光充足的白天駕駛汽車，從路面或周圍建筑另外，在陽光充足的白天駕駛汽車，從路面或周圍建筑物的玻璃上反射過來的耀眼的陽光，常會使眼睛睜不開。由物的玻璃上反射過來的耀眼的陽光，

12、常會使眼睛睜不開。由于光是橫波，所以這些強烈的來自上空的散射光基本上是水于光是橫波，所以這些強烈的來自上空的散射光基本上是水平方向振動的。因此，只需平方向振動的。因此，只需帶一副只能透射豎直方向偏振光帶一副只能透射豎直方向偏振光的偏振太陽鏡便可擋住部分的散射光的偏振太陽鏡便可擋住部分的散射光。 2 2、汽車車燈、汽車車燈 在拍攝立體電影時，用兩個攝影機，兩個攝影機的鏡頭相當在拍攝立體電影時，用兩個攝影機，兩個攝影機的鏡頭相當于人的兩只眼睛，它們同時分別拍下同一物體的兩個畫像，放映于人的兩只眼睛，它們同時分別拍下同一物體的兩個畫像，放映時把兩個畫像同時映在銀幕上。如果設法使觀眾的一只眼睛只能時把

13、兩個畫像同時映在銀幕上。如果設法使觀眾的一只眼睛只能看到其中一個畫面，就可以使觀眾得到立體感。為此，在放映時，看到其中一個畫面，就可以使觀眾得到立體感。為此，在放映時，兩個放放像機每個放像機鏡頭上放一個偏振片，兩個放放像機每個放像機鏡頭上放一個偏振片，兩個偏振片的偏兩個偏振片的偏振化方向相互垂直，觀眾戴上用偏振片做成的眼鏡振化方向相互垂直，觀眾戴上用偏振片做成的眼鏡，左眼偏振片，左眼偏振片的偏振化方向與左面放像機上的偏振化方向相同，右眼偏振片的的偏振化方向與左面放像機上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向與右面放像機上的偏振化方向相同，這樣，偏振化方向與右面放像機上的偏振化方向相同，這樣，

14、銀幕上的銀幕上的兩個畫面分別通過兩只眼睛觀察，在人的腦海中就形成立體化的兩個畫面分別通過兩只眼睛觀察，在人的腦海中就形成立體化的影像了影像了。 3 3、觀看立體電影、觀看立體電影: :偏光鏡頭偏光鏡頭 立體電影立體電影 人的眼睛對光的偏振狀態(tài)是不能分辨的，但某些昆人的眼睛對光的偏振狀態(tài)是不能分辨的，但某些昆蟲的眼睛對偏振卻很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支單蟲的眼睛對偏振卻很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支單眼、兩支復眼，每個復眼包含有眼、兩支復眼，每個復眼包含有6300個個小眼，這些小眼小眼，這些小眼能能根據(jù)太陽的偏光確定太陽的方位根據(jù)太陽的偏光確定太陽的方位，然后以太陽為定向，然后以太陽為定向標來

15、判斷方向，所以蜜蜂可以準確無誤地把它的同類引標來判斷方向，所以蜜蜂可以準確無誤地把它的同類引到它所找到的花叢。到它所找到的花叢。 再如在沙漠中，如果不帶羅盤，人是會迷路的，但再如在沙漠中，如果不帶羅盤，人是會迷路的，但是沙漠中有一種螞蟻，它能是沙漠中有一種螞蟻，它能利用天空中的紫外偏光導航利用天空中的紫外偏光導航，因而不會迷路。因而不會迷路。4、生物的生理機能與偏振光、生物的生理機能與偏振光 液晶顯示器是一個由上下兩片導電玻制成的液晶顯示器是一個由上下兩片導電玻制成的液晶盒，盒內充有液晶，四周用密封材料液晶盒，盒內充有液晶，四周用密封材料膠框密封，盒的兩個外側貼有偏光片。膠框密封，盒的兩個外側

16、貼有偏光片。 5、偏振現(xiàn)象的應用：液晶顯示、偏振現(xiàn)象的應用：液晶顯示如果有光線進入如果有光線進入,通過通過第一個偏振片后，將被第一個偏振片后，將被液晶分子逐漸改變偏振液晶分子逐漸改變偏振方向方向.由于光線沿著分子由于光線沿著分子排列的方向傳播，光線排列的方向傳播，光線最終將從另一端射出最終將從另一端射出如果兩玻璃板之間加如果兩玻璃板之間加上電壓，分子排列方向上電壓，分子排列方向將與電場方向平行，光將與電場方向平行，光線由于不能扭轉將不會線由于不能扭轉將不會通過第二個極板通過第二個極板5、偏振現(xiàn)象的應用：液晶顯示、偏振現(xiàn)象的應用：液晶顯示 液晶顯示器就是利液晶顯示器就是利用這一特性，在上下用這一

17、特性，在上下兩片柵欄相互垂直的兩片柵欄相互垂直的偏光板之間充滿液晶，偏光板之間充滿液晶，利用電場控制液晶的利用電場控制液晶的轉動轉動不同的電場大不同的電場大小就會形成不同的灰小就會形成不同的灰階亮度階亮度5、偏振現(xiàn)象的應用：液晶顯示、偏振現(xiàn)象的應用：液晶顯示 兩個偏振片緊靠在一起將它們放在一兩個偏振片緊靠在一起將它們放在一盞燈的前面以致沒有光通過如果將其中的盞燈的前面以致沒有光通過如果將其中的一片旋轉一片旋轉180180度，在旋轉過程中，將會產生度，在旋轉過程中，將會產生下述的哪一種現(xiàn)象（下述的哪一種現(xiàn)象（ ）A A、透過偏振片的光強先增強，然后又減、透過偏振片的光強先增強，然后又減少到零少到零B B、透過偏振片的光強光增強，然后減少、透過偏振片的光強光增強，然后減少到非零的最小值到非零的最小值CC、透過偏振片的光強在整個過程中都