大學物理lesson21

1、 光光 的的 偏偏 振振（polarization of light）講課內(nèi)容：講課內(nèi)容：p179p185重點和重點和難點：難點：起偏和檢偏起偏和檢偏光的偏振性光的偏振性反射和折射時光的偏振反射和折射時光的偏振1一、光的偏振性一、光的偏振性1、橫波和縱波的區(qū)別、橫波和縱波的區(qū)別偏振偏振縱波：振動方向與傳播方向一致，不存在偏振問題；縱波：振動方向與傳播方向一致，不存在偏振問題；橫波：振動方向與傳播方向垂直，存在偏振問題。橫波：振動方向與傳播方向垂直，存在偏振問題。1212 光的偏振狀態(tài)光的偏振狀態(tài)機械波穿過狹縫機械波穿過狹縫22、光的偏振性：、光的偏振性：光矢量的振動相對于傳播方向的不對稱性，稱

2、為光矢量的振動相對于傳播方向的不對稱性，稱為光的偏振性光的偏振性對于平面電磁波，電場強度矢量對于平面電磁波，電場強度矢量光矢量，其振動方向與光矢量，其振動方向與傳播方向垂直。傳播方向垂直。ve光的偏振性說明光波是光的偏振性說明光波是橫波橫波31、 線偏振光線偏振光e播播傳傳方方向向振振動動面面 面對光的傳播方向看面對光的傳播方向看二、偏振態(tài)的分類二、偏振態(tài)的分類線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解：線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解：eeyex yx sincoseeeeyx線偏振光的表示法：線偏振光的表示法： 光振動垂直板面光振動垂直板面光振動平行板面光振動平行板面4面對光的傳播方向觀察面對光

3、的傳播方向觀察自然光的表示法自然光的表示法光矢量取任一方向的幾率均相等。光矢量取任一方向的幾率均相等。分解分解光矢量在板面內(nèi)光矢量在板面內(nèi)的分振動的分振動光矢量垂直于板光矢量垂直于板面的分振動面的分振動2、自然光、自然光 yxee yxiii 53、部分偏振光、部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光 部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法： 平行板面的光振動較強平行板面的光振動較強垂直板面的光振動較強垂直板面的光振動較強部分偏振光部分偏振光：某一方向的光振動比與之相垂直的另一方：某一方向的光振動比與之相垂直的另一方向的光振動占優(yōu)勢。向的光振動占優(yōu)勢。64、橢圓偏振光和圓

4、偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光 光矢量末端的運動軌跡是橢圓或圓。光矢量末端的運動軌跡是橢圓或圓。圓偏振光圓偏振光線偏振光線偏振光橢橢圓圓偏偏振振光光在迎光矢量圖上，光矢量端點沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)的稱為在迎光矢量圖上，光矢量端點沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)的稱為左旋偏振光左旋偏振光；沿順時針方向旋轉(zhuǎn)的稱為；沿順時針方向旋轉(zhuǎn)的稱為右旋偏振光右旋偏振光。動畫演示動畫演示1動畫演示動畫演示2動畫演示動畫演示378橢圓偏振光和圓偏振光都是完全偏振光橢圓偏振光和圓偏振光都是完全偏振光,均可等效為兩個具有恒定相均可等效為兩個具有恒定相位差位差,相同振動頻率，振動方向相互垂直的線偏振光。相同振動頻率，振動方向相互垂直的線偏振光

5、。三、偏振度三、偏振度1、定義：、定義：若與最大和最小振幅對應的光強分別為若與最大和最小振幅對應的光強分別為imax和和imin，則偏振度的定義為：則偏振度的定義為：minmaxminmaxiiiip 2、光的偏振度、光的偏振度自然光：自然光： imax=imin，p=0，偏振度最小；，偏振度最?。痪€偏振光：線偏振光： imin=0，p=1，偏振度最大；，偏振度最大；部分偏振光：部分偏振光： 0p1。91213 起偏和檢偏起偏和檢偏 馬呂斯定律馬呂斯定律 一、起偏和檢偏一、起偏和檢偏 1、偏振片、偏振片能吸收某一方向的光振動，而只讓與之垂直方向上的光振動通過能吸收某一方向的光振動，而只讓與之垂

6、直方向上的光振動通過的一種透明薄片。的一種透明薄片。偏振化方向：偏振化方向：允許通過的光振動方向。允許通過的光振動方向。偏振化方向偏振化方向10自然光：自然光：通過偏振片后成為線偏通過偏振片后成為線偏振光轉(zhuǎn)動偏振片，觀察透射光強振光轉(zhuǎn)動偏振片，觀察透射光強度不發(fā)生變化度不發(fā)生變化部分偏振光：部分偏振光：偏振光通過偏振片偏振光通過偏振片后，在轉(zhuǎn)動偏振片的過程中，透后，在轉(zhuǎn)動偏振片的過程中，透射光強度將發(fā)生變化射光強度將發(fā)生變化2、偏振片的起偏和檢偏、偏振片的起偏和檢偏11自然光自然光i0線偏振光線偏振光i偏振化方向偏振化方向012ii?i 線偏振光線偏振光i起偏器起偏器檢偏器檢偏器二、馬呂斯定律

7、二、馬呂斯定律221ii cos21ee cos221122ie,ie1i2i2e2e1e2222211iecosie221ii cos12210 ,ii 當：22 320,i 當：結(jié)論：結(jié)論：當旋轉(zhuǎn)檢偏器一周時，會出現(xiàn)兩次全明和兩次全暗。當旋轉(zhuǎn)檢偏器一周時，會出現(xiàn)兩次全明和兩次全暗。視頻演示視頻演示221ii cos13例題：例題：一束光是自然光和線偏振光的混合光，當此混合光垂直通過一個偏振一束光是自然光和線偏振光的混合光，當此混合光垂直通過一個偏振片后，將偏振片旋轉(zhuǎn)一周，出射光強度將發(fā)生變化，測得光強最大值與最小片后，將偏振片旋轉(zhuǎn)一周，出射光強度將發(fā)生變化，測得光強最大值與最小值的比值為值

8、的比值為3。問：入射光中自然光與線偏振光的強度比為多少？。問：入射光中自然光與線偏振光的強度比為多少？15解：解：若自然光為若自然光為 i0通過偏振片后變?yōu)橥ㄟ^偏振片后變?yōu)?i1則：則：i1 = 1/2i0 若線偏振光為若線偏振光為 i2通過偏振片后變?yōu)橥ㄟ^偏振片后變?yōu)?i3則：則：i3 = i2 2cos所以：所以：max0212iiimin012ii02max20min0123312iiiiiii021ii一、反射光和折射光的偏振一、反射光和折射光的偏振i0n1n2自然光在一般情況下，反射自然光在一般情況下，反射光和折射都為部分偏振光光和折射都為部分偏振光。1214 反射和折射時光的偏振反

9、射和折射時光的偏振90rion1n2i0 16二、布儒斯特定律二、布儒斯特定律 1、布儒斯特定律內(nèi)容、布儒斯特定律內(nèi)容反射光的偏振化程度與入射角有關(guān)，若光從折射率為反射光的偏振化程度與入射角有關(guān)，若光從折射率為n1的介質(zhì)射的介質(zhì)射向折射率為向折射率為n2的介質(zhì)，當入射角滿足：的介質(zhì)，當入射角滿足：n1n2i0 布儒斯特定律布儒斯特定律 (1812(1812年年) )02i 動畫演示動畫演示000090sinisinitanicosicos(r )布儒斯特角布儒斯特角其反射光為線偏振光，光振動垂直于入射面。其反射光為線偏振光，光振動垂直于入射面。021sininsinrn17應用：應用： 1、立

10、體電影、立體電影18（c）用偏光鏡消除用偏光鏡消除了反射偏振光了反射偏振光 （a）玻璃門表面玻璃門表面的反光很強的反光很強（b）用偏光鏡減弱用偏光鏡減弱了反射偏振光了反射偏振光2、櫥窗設計、櫥窗設計193、駕駛員戴上偏振太陽鏡可以防止馬路反射光的炫目。、駕駛員戴上偏振太陽鏡可以防止馬路反射光的炫目。4、照相機按上偏振鏡可以產(chǎn)生不同的效果，看出來了嗎？、照相機按上偏振鏡可以產(chǎn)生不同的效果，看出來了嗎？ 20線偏振光線偏振光0i布儒斯特角布儒斯特角5、利用玻璃片堆產(chǎn)生線偏振光、利用玻璃片堆產(chǎn)生線偏振光最后獲得兩束振動面互相垂直的線偏振光最后獲得兩束振動面互相垂直的線偏振光線偏振光線偏振光動畫演示動

11、畫演示21偏振態(tài)的分類偏振態(tài)的分類偏振片起偏和檢偏偏振片起偏和檢偏 馬呂斯定律馬呂斯定律i=i0 cos2反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振布儒斯特定律布儒斯特定律201ntgin小小 結(jié)結(jié)224、用偏振片怎樣來區(qū)分自然光、部分偏振光和線偏振光？、用偏振片怎樣來區(qū)分自然光、部分偏振光和線偏振光？ 練習：練習：答：將光通過偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振片，光強無變化的為自然光；光答：將光通過偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振片，光強無變化的為自然光；光強有變化但不會出現(xiàn)完全消光的為部分偏振光；光強有變化且在強有變化但不會出現(xiàn)完全消光的為部分偏振光；光強有變化且在某個方向為零的為線偏振光。某個方向為零的為線偏振光。3、平行

12、放置兩偏振片，它們的偏振化方向成、平行放置兩偏振片，它們的偏振化方向成60o 夾角，當自然光垂直入夾角，當自然光垂直入射后，則透射光的光強與入射光的光強之比是射后，則透射光的光強與入射光的光強之比是_ 。（設偏振片不吸。（設偏振片不吸收光能）收光能）1/8 2、一束自然光垂直穿過兩個偏振片，兩個偏振片的偏振化方向成、一束自然光垂直穿過兩個偏振片，兩個偏振片的偏振化方向成45角已知通過此兩偏振片后的光強為角已知通過此兩偏振片后的光強為i，則入射的自然光強度為，則入射的自然光強度為 。4i 1、 、 和和 現(xiàn)象，說明了光的波動性?，F(xiàn)象，說明了光的波動性。偏振偏振衍射衍射干涉干涉23普通物理學普通物理學的考試為閉卷的考試為閉卷題型有五大類：題型有五大類：填空題：填空題：17題，題，24個空，共個空，共24分分 選擇題：選擇題：10題，每題題，每題2分，共分，共20分分 判斷題：判斷題：10題，每題題，每題1分，共分，共10分分簡答題：簡答題：3題，每題題，每題4分，共分，共12分分計算題：計算題：4題（題（9，12，6，7分），共分），共34分分注意：注意：本