偏振光的观测与研究教案与讲稿

一、教案设计概述1.1 教学目标（1）让学生理解光的偏振现象及其物理意义；（2）掌握偏振光的产生、传播和检测的基本原理；（3）了解偏振光在日常生活和科学技术中的应用。

1.2 教学内容（1）光的偏振现象；（2）偏振光的产生与传播；（3）偏振光的检测与分析；（4）偏振光的应用。

1.3 教学方法采用讲授法、实验法、讨论法相结合，以学生为主体，教师为引导，注重培养学生的动手能力和创新意识。

二、教学过程2.1 光的偏振现象（1）介绍偏振光的概念，引导学生理解偏振的物理意义；（2）通过动画或实验演示，让学生观察并分析偏振现象；（3）讲解偏振光的产生原因，如自然光与偏振光的关系。

2.2 偏振光的产生与传播（1）介绍偏振片的制作原理及作用；（2）讲解偏振光在介质中的传播规律，如马吕斯定律；（3）探讨偏振光在光纤通信中的应用。

2.3 偏振光的检测与分析（1）介绍偏振光检测的基本方法，如起偏器、检偏器；（2）演示实验，让学生学会使用偏振光检测仪器；（3）分析偏振光强度变化的原因，如光的相干性。

2.4 偏振光的应用（1）探讨偏振光在液晶显示、防眩目眼镜等领域的应用；（2）介绍偏振光在生物学、医学等领域的应用前景；（3）引导学生思考偏振光在其他领域的潜在应用。

三、教学评估3.1 课堂问答通过提问，了解学生对光的偏振现象、偏振光的产生与传播、偏振光的检测与分析等知识点的掌握情况。

3.2 实验报告评估学生在实验过程中的动手能力、观察能力以及分析问题的能力。

3.3 课后作业布置相关习题，巩固学生对偏振光知识的理解和应用。

四、教学资源4.1 教材：《大学物理》相关章节；4.2 实验设备：偏振光实验仪、偏振片、起偏器、检偏器等；4.3 辅助材料：动画、图片、论文、案例等。

五、教学进度安排5.1 课时：共计4课时；5.2 教学安排：第一课时讲解光的偏振现象及偏振光的产生与传播，第二课时讲解偏振光的检测与分析，第三课时讲解偏振光的应用，第四课时进行课堂总结和实验演示。

⼤学物理实验偏振光的观测与研究⼤学物理实验偏振光的观测与研究Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】实验偏振光的观测与研究偏振光的理论意义和价值是，证明了光是横波。

同时，偏振光在很多技术领域得到了⼴泛的应⽤。

如偏振现象应⽤在摄影技术中可⼤⼤减⼩反射光的影响，利⽤电光效应制作电光开关等。

【实验⽬的】1．通过观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识。

2．掌握偏振光的产⽣和检验⽅法。

3．观察布儒斯特⾓及测定玻璃折射率。

4．观测圆偏振光和椭圆偏振光。

【实验仪器】光具座、激光器、光点检流计、起偏器、检偏器、1/4波⽚、1/2波⽚、光电转换装置、观测布儒斯特⾓装置、带⼩孔光屏、钠光灯。

【实验原理】按照光的电磁理论，光波就是电磁波，电磁波是横波，所以光波也是横波。

在⼤多数情况下，电磁辐射同物质相互作⽤时，起主要作⽤的是电场，因此常以电⽮量作为光波的振动⽮量。

其振动⽅向相对于传播⽅向的⼀种空间取向称为偏振，光的这种偏振现象是横波的特征。

根据偏振的概念，如果电⽮量的振动只限于某⼀确定⽅向的光，图3-26 ⾃然光称为平⾯偏振光，亦称线偏振光；如果电⽮量随时间作有规律的变化，其末端在垂直于传播⽅向的平⾯上的轨迹呈椭圆（或圆），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光）；若电⽮量的取向与⼤⼩都随时间作⽆规则变化，各⽅向的取向率相同，称为⾃然光，如图3-26所⽰；若电⽮量在某⼀确定的⽅向上最强，且各向的电振动⽆固定相位关系，则称为偏振光。

1．获得偏振光的⽅法（1）⾮⾦属镜⾯的反射，当⾃然光从空⽓照射在折射率为n 的⾮⾦属镜⾯（如玻璃、⽔等）上，反射光与折射光都将成为部分偏振光。

当⼊射⾓增⼤到某⼀特定值φ0时，镜⾯反射光成为完全偏振光，其振动⾯垂直于射⾯，这时⼊射⾓φ称为布儒斯特⾓，也称起偏振⾓，由布儒斯特定律得：0tan n φ= （3-51）其中，n 为折射率。

4.4 光的偏振教案一、教学目标知识目标：1、了解横波的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。

2、知道光波是横波。

掌握自然光、偏振光（全偏振光、部分偏振光）等概念。

3、知道反射光和折射光都是不同程度的偏振光。

4、了解光的偏振现象在生活和科学技术中的重要应用。

技能目标：1、掌握利用宏观现象的规律研究微观领域中相似现象的科学研究方法。

2、通过光的偏振现象的研究，培养学生善于动手动脑、敢于猜想、喜欢探究的学习习惯和科学的思维方法。

情感、价值观目标：1、通过“光的偏振现象”的实验探究，懂得科学研究需要实事求是的科学态度和严谨的思维方式。

2、通过了解光的偏振现象的应用，深切体会科学知识的实用价值和掌握科学知识的人生价值，激发学生热爱科学的情怀和刻苦学习的热情。

教学重点1、横波与纵波的区别（研究光波的基础）；横波的偏振现象。

2、光的偏振现象的实验探究。

3、自然光、偏振光、部分偏振光等概念。

教学难点1、光的偏振现象的实验探究。

2、运用光的偏振现象分析解决问题。

教学器材轻绳、纸箱、轻弹簧、纸片、激光发生器、偏振片（起偏器、检偏器）、光屏、半圆形玻璃、平面镜、铁架台。

教学过程(引子:世界是美好的。

由于有了光，自然界才变得五彩缤纷、多姿多彩。

但是，可以说我们现在对这个带给我们光明和灿烂的东西知之甚少……)(一)、提出问题光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，即光是一种波，但光是横波还是纵波呢？学生根据已有的知识或经验先说一说他们的看法，或者提出验证的设想。

(二)一、横波与纵波的区别（学生先说一说两者已知的一些区别。

）1、偏振现象演示：横波的偏振现象软绳穿过一个有狭缝的纸箱：a.狭缝与振动方向平行；b.狭缝与振动方向垂直。

分别在绳上形成一列横波，观察发生的现象。

（两学生配合做）c.把轻绳换成轻弹簧改用纵波做实验，观察发生的现象。

(1)在垂直于波传播方向的平面上，只有沿着平行于狭缝方向的振动才可通过狭缝，这种现象叫偏振。

(2)只有横波才有偏振现象。

偏振光的观测与研究光的干涉和衍射实验证明了光的波动性质。

本实验将进一步说明光是横波而不是纵波，即其 E 和H 的振动方向是垂直于光的传播方向的。

光的偏振性证明了光是横波，人们通过对光的偏振性质的研究，更深刻地认识了光的传播规律和光与物质的相互作用规律。

目前偏振光的应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。

利用偏振光装置的各种精密仪器，已为科研、工程设计、生产技术的检验等，提供了极有价值的方法。

【实验目的】1．观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念。

2．了解偏振光的产生和检验方法。

3．观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。

4．观测椭圆偏振光和圆偏振光。

【实验仪器】光具座、激光器、偏振片、1/4 波片、1/2 波片、光电转换装置、光点检流计、观测布儒斯特角装置图 1 实验仪器实物图【实验原理】1．偏振光的基本概念按照光的电磁理论，光波就是电磁波，它的电矢量 E 和磁矢量H 相互垂直。

两者均垂直于光的传播方向。

从视觉和感光材料的特性上看，引起视觉和化学反应的是光的电矢量，通常用电矢量E 代表光的振动方向，并将电矢量E 和光的传播方向所构成的平面称为光振动面。

在传播过程中，光的振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏振光，如图2 （a）。

光源发射的光是由大量原子或分子辐射构成的。

由于热运动和辐射的随机性，大量原子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同的。

一般说，在10 6s 内各个方向电矢量的时间平均值相等，故出现如图2（b）所示的所谓自然光。

有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其他方向，即在较长时间内电矢量在某一方向较强，这就是如图2 （c）所示的所谓部分偏振光。

还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规则的变化，其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆（或圆形），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光），如图2（c）所示。

图 2 光波按偏振的分类2．获得偏振光的常用方法（1）非金属镜面的反射。

光的偏振教学目标（1）知道振动中的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象，知道光是横波；（2）知道偏振光和自然光的区别，初步了解光的偏振现象在生活、生产、技术中的应用。

教学重难点1、重点：通过偏振现象说明光是横波2、难点：偏振现象，探究光的偏振设计思想本节课充分利用实验探究、小组交流合作等方法开展课堂教学。

以立体电影引入课堂吸引学生的注意力，并且提出问题，让学生带着疑问投入学习，并在之后解决这个问题。

让学生体会到理论应用于实际的快乐，并且进一步培养学生透过现象挖掘理论本质、善于思考的习惯。

高二学生已经具有一定的抽象思维能力，但光的偏振现象对他们来说是完全陌生而又抽象的，而机械波的偏振现象相对形象些。

故要本着由浅入深，新旧联系的原则去讲课，先做好机械波模拟实验，使学生认识机械波的偏振，进而认识偏振是横波特有的现象作为知识铺垫后然后再做光的偏振实验，有助于帮助学生理解偏振的概念，有效突破难点。

在分析光的偏振实验时，要引导学生理解实验的设计思路且与机械波实验相类比。

由于光的偏振现象的抽象性及学生的抽象思维能力有限，所以在教学中主要采用教师设疑，学生探讨的教学模式，让学生观察、思考、讨论，充分发表意见，这样既有利于突出重点，化解难点，又充分发挥了学生的主体性。

在光偏振应用中，利用学生熟悉的器材、环境制作微视频，引起学生关注、激发学生的兴趣。

并通过偏光镜和立体电影的介绍使学生了解光偏振的广泛应用。

在课堂最后通过课堂延伸，将汽车远光灯的眩光消除、液晶屏原理设计为研究性课题，将课堂知识延伸到课外，使学生走出教室，可以继续进行自主性研究学习。

教学方法情景设置、实验探究法、任务驱动法教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图课前登陆优教平台，发送预习任务。

查看优教平台上学生反馈的预习情况。

及时完成预习任务发现薄弱点，针对性教学引入展示图片：问题1：你见过这个场景吗？在哪里？他们在做什么？问题2：大家有没有试过看3d电影时把眼镜摘下来直接观看？你看到什么景象？这时我们看到的影响是重叠模糊的。

偏振光的观察与研究一、实验简介光的偏振是指光的振动方向不变，或电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象。

光的偏振最早是牛顿在1704～1706年间引入光学的；光的偏振这一术语是马吕斯在1809年首先提出的，并在实验室发现了光的偏振现象;麦克斯韦在1865~1873年间建立了光的电磁理论,从本质上说明了光的偏振现象。

按电磁波理论,光是横波，它的振动方向和光的传播方向垂直.自然光是各方向的振幅相同的光，对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势。

若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等.线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动。

部分偏振光可以看作自然光和线偏振光混合而成，即它有某个方向的振幅占优势。

圆偏振光和椭圆偏振光是光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈圆或椭圆。

起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件；检偏器是用于鉴别光的偏振光状态的器件。

利用光的偏振现象在物理学方面可测量材料的厚度和折射率，可以了解材料的微观结构。

利用偏振光的干涉现象在力学上检测材料压力分布，应用于建筑工程学方面可以检测桥梁和水坝的安全度。

二、实验原理1．偏振光的概念和产生：2．改变偏振态的方法和器件：常见的起偏或检偏的元件构成有两种：1.光学棱镜。

如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用光学双折射的原理制成的；2.偏振片。

它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光.马吕斯定律：马吕斯在1809年发现，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为I1 = I0 cos2α，其中的 是检偏器的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向的夹角：波晶片：又称位相延迟片，是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，由于波晶片内的速度v o ,v e不同，所以造成o光和e光通过波晶片的光程也不同.当两光束通过波晶片后o光的位相相对于e光多延迟了Δ=2π(n0-n1)d/λ，若满足(n e-n o)d=±λ/4，即Δ=±π/2我们称之为λ/4片，若满足(n e-n o)d=±λ/2，即Δ=±π，我们称之为λ/2片，若满足(n e-n o)d=±λ，即Δ=2π我们称之为全波片。

5． 3《光的偏振》学案【学习目标】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。

【学习重点】光的偏振实验的观察和分析。

【知识要点】1．偏振现象我们这里用的太阳光源包含了垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且各个方向振动的光波强度都相同，这种光叫自然光。

通过起偏器后，这种光就只能沿着一个特定方向振动，这种光叫做偏振光。

横波只沿着某一个特定方向振动，称为波的偏振。

只有横波才有偏振现象。

h3Rx6SXKPE2．偏振片3．偏振现象的应用<1）偏振滤光片<2）车灯玻璃和挡风玻璃<3）偏光眼镜<观看立体电影）<4）拍摄水面景物<5）液晶显示【典型例题】例题1．两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过。

如果将其中的一片旋转180°，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象h3Rx6SXKPEA．透过偏振片的光强先增强，然后又减弱到零B．透过的光强先增强，然后减弱到非零的最小值C．透过的光强在整个过程中都增强D．透过的光强先增强，再减弱，然后又增强解读：起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过；二者的偏振方向平行时，光强度达到最大.当其中一个偏振片转动180°的过程中，两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光强先增强，又减小到零.h3Rx6SXKPE答案：A例题2．夜间行车时，对面来车的车灯的强光刺眼会使司机看不清路况，因此两车交会前要交替灭灯，同时减速，这样很不方便。

科学家设想，把每辆车前大灯罩玻璃换成偏振片，把车前挡风玻璃也设计一块偏振片，偏振片的透振方向一致，且都与水平面成45°角，如图所示，当夜晚行车时，就能避免对方灯光刺眼，且司机对自己车灯发出的光感觉和不加偏振片相同。

偏振光的观察与研究一、实验简介光的偏振是指光的振动方向不变，或电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象。

光的偏振最早是牛顿在1704～1706年间引入光学的；光的偏振这一术语是马吕斯在1809年首先提出的，并在实验室发现了光的偏振现象;麦克斯韦在1865~1873年间建立了光的电磁理论,从本质上说明了光的偏振现象。

按电磁波理论,光是横波，它的振动方向和光的传播方向垂直.自然光是各方向的振幅相同的光，对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势。

若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等.线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动。

部分偏振光可以看作自然光和线偏振光混合而成，即它有某个方向的振幅占优势。

圆偏振光和椭圆偏振光是光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈圆或椭圆。

起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件；检偏器是用于鉴别光的偏振光状态的器件。

利用光的偏振现象在物理学方面可测量材料的厚度和折射率，可以了解材料的微观结构。

利用偏振光的干涉现象在力学上检测材料压力分布，应用于建筑工程学方面可以检测桥梁和水坝的安全度。

二、实验原理1．偏振光的概念和产生：2．改变偏振态的方法和器件：常见的起偏或检偏的元件构成有两种：1.光学棱镜。

如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用光学双折射的原理制成的；2.偏振片。

它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光.马吕斯定律：马吕斯在1809年发现，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为I1 = I0 cos2α，其中的 是检偏器的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向的夹角：波晶片：又称位相延迟片，是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，由于波晶片内的速度v o ,v e不同，所以造成o光和e光通过波晶片的光程也不同.当两光束通过波晶片后o光的位相相对于e光多延迟了Δ=2π(n0-n1)d/λ，若满足(n e-n o)d=±λ/4，即Δ=±π/2我们称之为λ/4片，若满足(n e-n o)d=±λ/2，即Δ=±π，我们称之为λ/2片，若满足(n e-n o)d=±λ，即Δ=2π我们称之为全波片。

实验报告PB09214023葛志浩 PB09214047 卢焘 2011-11-22实验题目： 偏振光的观察与研究实验目的 : 1．观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念。

2．了解偏振光的分类以及产生和检验方法，掌握马吕斯定律。

3．观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。

4．观测椭圆偏振光和圆偏振光。

实验仪器： 激光器，起偏器，检偏器，硅光电池， 1/4 波片，光电流放大器，分束板。

实验原理： 一，偏振光的基本概念和分类光的偏振是指光的振动方向不变， 或光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭 圆或圆的现象。

光有五种偏振态：自然光（非偏振光） ，线偏振光，部分偏振光，圆偏振光， 椭圆偏振光 二，产生偏振光的方法：1 ，利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。

反射光中的垂直于入射面的光振动 （称 s 分量）多于平行于入射面的光振动 （称 p 分量）； 而透射光则正好相反。

在改变入射角的时候， 出现了一个特殊的现象， 即入射角为一特定值 （称为布雷斯特角） 时，反射光成为完全线偏振光 （s 分量） 。

折射光为部分偏振光， 而且此 时的反射光线和折射光线垂直， 这种现象称之为布儒斯特定律。

该方法是可以获得线偏振光 的方法之一。

通过测量介质的布雷斯特角可以得到介质的折射率。

2 ，利用光学棱镜，如尼科尔棱镜，格兰棱镜等。

3 ，利用偏振片。

三，改变光的偏振态的元件——波晶片。

平面偏振光垂直入射晶片，如果光轴平行于晶片表面，会产生比较特殊的双折射现象， 这时非常光 e 和寻常光 o 的传播方向是一致的， 但速度不同， 因而从晶片出射时会产生相位 差。

线偏振光垂直入射 1/4 波片，其振动方向与波片光轴成角 ，则出射光的偏振态与 的 关系如下：1， 0或 时，出射光为线偏振光；22，时，出射光为圆偏振光；43， 为其它值时，出射光为椭圆偏振光。

利用偏振片可以由自然光得到线偏振光，利用 1/4 波片可以由线偏振光得到圆偏振光和椭圆偏振光。

实验报告课程名称：大学物理实验（一）实验名称：偏振光的观察与研究振现象在生活和生产中有广泛应用，比如利用偏振眼镜可以观看立体电影，用偏振片可以突出蓝天中的白云，在液晶显示器中可以控制字符显示，在显微镜中可用来检测样品的各向异性和双折射性，检测材料的结构、厚度、折射率和应力分布等。

光的偏振在建筑工程学方面可以检测桥梁和水坝的安全度。

起偏器和检偏器根据光学元件在实验中的作用，分为起偏器和检偏器。

起偏器是将自然光变成线偏振光的元件，检偏器是用于鉴别光的偏振态的元件。

产生偏振光的方式：1.光在界面的反射和透射：根据布儒斯特定律，入射角为一特定值时，反射光为完全线偏振光，折射光为部分偏振光。

2.光学棱镜：利于晶体的双折射原理得到的o光和e光是完全偏振光。

3.偏振片：利于有机分子（如聚乙烯醇）的平行排列，只允许垂直于排列方向的光振动通过，可以产生线偏振光。

该方法因工艺简单且价格便宜得到广泛应用，本实验中采用偏振片作为起偏器和检偏器。

马吕斯定律偏振光的研究从马吕斯定律开始，马吕斯定律也是最基本和最重要的偏振定律。

马吕斯于1809年发现，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为：其中是检偏器的偏振方向和起偏器偏振方向的夹角。

波晶片波晶片又称位相延迟片，是改变光的偏振态的元件。

它是利用不同偏振方向的光在晶体中的传播速度不同来产生相位延迟的，传播速度较大()的振动方向成为快轴，传播速度较小()的振动方向称为慢轴。

设快轴和慢轴对应的折射率分别为，波片的厚度为，则光束通过波片后的光程差为：对应的相位差为•若光程差满足即相位差，我们称之波片。

•若光程差满足即相位差，我们称之2波片。

图5，波片的o轴与偏振方向平行图6，波片旋转图7，波片旋转上图坐标轴表示波晶片，o轴和e轴表示波片的快轴和慢轴方向，o和e轴相互垂直。

红色箭头表示自然光经过检偏器后的电矢量方向，实验中起偏器的设置始终不变。

绿色箭头表示偏振光经过波片后的偏振状态。

偏振光分析 (测量实验)一、实验目的观察光的偏振现象，分析偏振光，起偏，定光轴二、实验原理（一）偏振光的基本概念光是电磁波，它的电矢量E 和磁矢量H 相互垂直，且均垂直于光的传播方向c ，通常用电矢量E 代表代表光的振动方向，并将电矢量E 和光的传播方向c 所构成的平面称为光振动面。

在传播过程中，电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光，如附图15（a ）。

光源发射的光是由大量原子或分子辐射构成的。

由于大量原子或分子的热运动和辐射的随机性，它们所发射的光的振动面，出现在各个方面的几率是相同的。

故这种光源发射的光对外不显现偏振的性质，称为自然光附图15（b ）。

在发光过程中，有些光的振动面在某个特定方向上出现的几率大于其他方向，即在较长时间内电矢量在某一方向上较强，这种的光称为部分偏振光，如图附图15（c ）所示，还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规律的变化，而电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆。

这种光称为椭圆偏振光或圆偏振光。

附图15（a ） 附图15（b ） 附图15（c ）（二）获得偏振光的常用方法将非偏振光变成偏振光的过程称为起偏，起偏的装置称为起偏器。

常用的起偏装置主要有：1、反射起偏器（或透射起偏器）当自然光在两种媒质的界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振光。

当入射角达到某一特定值b ϕ时，反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入射面（见附图16）而角b ϕ就是布儒斯特角，也称为起偏振角，由布儒斯特定律得21/b tg n n ϕ=例如，当光由空气射向n=1.54的玻璃板时，b ϕ=57度若入射光以起偏振角b ϕ射到多层平行玻璃片上，经过多次反射最后透射出来的光也就接近于线偏振光，其振动面平行于人射面。

由多层玻璃片组成的这种透射起偏振器又称为玻璃片堆。

见附图17。

附图16附图17附图182、晶体起偏器利用某些晶体的双折射现象来获得线偏振光，如尼科尔棱镜等。

偏振光现象的观察和分析偏振光现象的观察和分析引⾔：光的偏振现象有法国⼯程师马吕斯⾸先发现。

对光偏振现象的研究清楚地显⽰了光的横波性，加深了⼈们对光传播规律的认识。

近年来光的偏振特性在光调制器、光开关、光学计量、应⼒分析、光信息处理、光通信、激光、光电⼦器件中都有⼴泛应⽤。

本实验利⽤偏振⽚和1/4波⽚观察光的偏振现象，并分析和研究各种偏振光。

从⽽了解1/4波⽚和1/2波⽚的作⽤及应⽤，加深对光偏振性质的认识。

实验原理1、偏振光的种类。

光可按光适量的不同振动状态分为五类：（1）线偏振光（2）⾃然光（3）部分偏振光（4）园偏振光（5）椭圆偏振光使⾃然光变成偏振光的装置称为起偏器，⽤来检验偏振光的装置称为检偏器。

2、线偏振光的产⽣。

（1）反射和折射产⽣偏振⾃然光以 i B =arc tan n 的⼊射⾓从空⽓⼊射⾄折射率为n 的介质表⾯上时，反射光为线偏振光。

以 i B ⼊射到⼀叠平⾏玻璃堆上的⾃然光，透射出来后也为线偏振光。

（2）偏振⽚。

利⽤某些晶体的⼆向⾊性可使通过他的⾃然光变成线偏振光。

（3）双折射产⽣偏振。

⾃然光⼊射到双折射晶体后，出射的o 光和e 光都为线偏振光。

3、波晶⽚4、线偏振光通过各种波⽚后偏振态的改变。

在光波的波⾯中取⼀直⾓坐标系，将电⽮量E 分解为两个分量E X 和E y ，他们频率相同都为ω，设E y 相对E X 的相位差为?φ，即有E X =A x cos ωt （2）E y =A y cos(ωt +?φ) （3）由（2）、（3）两式得，对于⼀般情况，两垂直振动的合成为： e 轴O 轴θ光轴图 1E x2 A x2+ E y2A y22 E x2 E y2A x2A y2cos?φ=sin2?φ（4）注意对于线偏振光通过波⽚的情况?φ取决于o光和e光⼊射时的相位差和由波晶⽚引起的相位差δ之和；⽽ E X为线偏振光振幅E在o轴的分量， E y为e轴的分量。

从上⾯垂直振动合成的⼀般情况出发可以得出以下结论：（1）线偏振光的振动⽅向与波⽚的光轴夹⾓为θ或π/2，或者通过1/2波⽚仍为线偏振光。

偏振光的观察与研究实验报告数据偏振光指的是只在一个平面上振动的光，它的传播方式与普通光有所不同。

由于其具有特殊的偏振状态，因此可以在各个领域中发挥重要作用。

在本次实验中，我们对偏振光的观察与研究进行了探究。

一、实验目的1. 学习偏振光的概念及其传播方式。

2. 观察线偏振器和波片对偏振光的影响。

3. 研究偏振光的干涉现象。

二、实验仪器及材料1. 两个偏光片2. 一块玻璃板3. 一块亚克力板4. 一束激光光源5. 一个手机屏幕三、实验步骤1. 将一块玻璃板和一块亚克力板插入两个偏光片之间，调整偏光片的方向，观察得到的光的强度变化。

2. 将一个偏光片放置在激光器前，记录得到的光的强度值，并将其称为“I”。

然后将另一个偏光片放在激光光路中，并逐渐旋转它的方向。

记录得到的光的强度值，并将其称为“T”。

3. 将一个手机屏幕放置在两个偏光片之间，逐渐旋转其中一个偏光片的方向。

观察手机屏幕的显示情况。

4. 在两个偏光片之间插入一块玻璃板，然后将其中一个偏光片旋转一定的角度，并记录得到光的强度值。

四、实验结果1. 调整偏光片的方向之后，得到的光的强度会发生变化，实验表明，当两个偏光片的方向垂直时，通过的光线最弱，当两个偏光片的方向相同时，通过光线最强。

2. 在实验过程中，我们发现，当两个偏光片的方向偏离90度时，通过的光线几乎消失。

这说明当光的振动方向被偏振后，只有振动方向与偏振方向一致的光才能通过。

3. 在手机屏幕的观察实验中，我们发现当两个偏光片的方向相同时，手机屏幕显示为亮屏，而当两个偏光片的方向垂直时，手机屏幕显示为黑屏。

这说明手机屏幕与偏振光的作用原理是相似的。

4. 在偏振光的干涉实验中，我们发现，在通过玻璃板的偏振光中，存在两个方向的振动状态，这两个方向的振动状态会互相干涉，导致光线强度的变化。

五、实验结论本次实验通过观察偏振光的传播方式，观察了线偏振器和波片对偏振光的影响，以及研究了偏振光的干涉现象。

大学物理实验课程教案课后小结：指导学生实验时，既要面面俱到，事无俱细进行引导，同时，又要注意切忌包办代替。

从实验材料的选择、仪器的装配到操作步骤和技巧，既要科学规范，又要密切结合具体实际，在尊重学生主体地位的同时，充分发挥教师的引导作用，以保证现象清晰，结果正确。

学生的动手能力个有不同，应该因材施教，针对不同的学生，适当加深实验的难度。

偏振光的观测与研究引入实验：目前偏振光的应用已遍及工农业、医学、国防等部门．利用偏振光的各种精密仪器，已为科研、工程设计、生产技术的检验等提供了极有价值的方法．因此我们要了解掌握偏振光的特性，学会其应用。

实验原理1．偏振光的基本概念按照光的电磁理论，光波就是电磁波，它的电矢量E和磁矢量H相互垂直．两者均垂直于光的传播方向．从视觉和感光材料的特性上看，引起视觉和化学反应的是光的电矢量，通常用电矢量E代表光的振动方向，并将电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光振动面．在传播过程中，光的振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏振光，如图1（a）．光源发射的光是由大量原子或分子辐射构成的．由于热运动和辐射的随机性，大量原子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同的．一般来说，在10－6s内各个方向电矢量的时间平均值相等，故出现如图1（b）所示的所谓自然光．有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其他方向，即在较长时间内电矢量在某一方向较强，这就是如图1（c）所示的部分偏振光．还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规则的变化，其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆（或圆形），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光），如图1（d）所示．图1 光波按偏振的分类2．获得偏振光的常用方法(1)非金属镜面的反射通常自然光在两种媒质的界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入光．但当入射角增大到某一特定值射面，如图16-4-2所示，这时入射角0ϕ称为布儒斯特角，也称为起偏角．图中“•”、“－”均表示电矢量，反射光是振动面与入射面垂直的完全偏振光，折射光是部分偏振光．由布儒斯特定律得：10tan n n=ϕ 其中n 、1n 分别为两种介质的折射率．如果自然光从空气入射到玻璃表面而反射时，对于各种不同材料的玻璃，已知其折射率n 的变化范围在1.50到1.77之间，则可得布儒斯特角0ϕ约在560—600之间．此方法可用来测定物质的折射率．(2)多层玻璃片的折射当自然光以布儒斯特角0ϕ入射到由多层平行玻璃片重叠在一起构成的玻璃片堆上时，由于在各个界面上的反射光都是振动面垂直入射面的线偏振光，故经过多次反射后，透出来的透射光也就接近于振动方向平行于入射面的线偏振光．(3)利用偏振片的二向色性起偏将非偏振光变成偏振光的过程称为起偏．某些有机化合物晶体（如硫酸碘奎宁或硫酸奎宁碱）具有二向色性，它往往吸收某一振动方向的入射光，而与此方向垂直振动的光则能透过，从而可获得线偏振光．利用这类材料制成的偏振片可获得较大截面积的偏振光束，但由于吸收不完全，所得的偏振光只能达到一定的偏振度．(4)利用晶体的双折射起偏自然光通过各向异性的晶体时将发生双折射现象，双折射产生的寻常光（o 光）和非寻常光（e 光）均为线偏振光．o 光光矢量的振动方向垂直于自己的主截面；e 光光矢量的振动方向在自己的主截面内．方解石是典型的天然双折射晶体，常用它制成特殊的棱镜以产生线偏振光．利用方解石制成的沃拉斯顿棱镜能产生振动面互相垂直的两束线偏振光；用方解石胶合成的尼科耳棱镜能给出一个有固定振动面的线偏振光．3．偏振片、波片及其作用 (1)偏振片偏振片是利用某些有机化合物晶体的二向色性，将其渗入透明塑料薄膜中，经定向拉制而成．它能吸收某一方向振动的光，而透过与此垂直方向振动的光，由于在应用时起的作用不同，用来产生偏振光的偏振片叫做起偏器；用来检验偏振光的偏振片，叫做检偏器．按照马吕斯定律，强度为I 0的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为： I = I 0 cos 2θ式中θ为入射偏振光的偏振方向与检偏器偏振方向之间的夹角，显然当以光线传播方向为轴图2 布儒斯特定律示意图转动检偏器时，透射光强度I 将发生周期性变化．当θ=00时，透射光强最大；当θ=900时，透射光强为极小值（消光状态），当00<θ<900时，透射光强介于最大和最小值之间，如图3所示，自然光通过起偏器与检偏器的变化．图3 光的起偏和检偏根据透射光强度变化的情况，可以区别线偏振光、自然光和部分偏振光．(2)波片波片是用单轴晶体切成的表面平行于光轴的薄片．当线偏振光垂直射到厚度为L 、表面平行于自身光轴的单轴晶片时，会产生双折射现象，寻常光（o 光）和非寻常光(e 光)沿同一方向前进，但传播的速度不同．这两种偏振光通过晶片后，它们的相位差为：L n n e o )(2-=∆λπϕ其中，λ为入射偏振光在真空中的波长，n o 和n e 分别为晶片对o 光和e 光的折射率，L 为晶片的厚度．我们知道，两个互相垂直的、频率相同且有固定相位差的简谐振动，可用下列方程表示：⎩⎨⎧+==)cos(cos 0ϕωωt A y tA x e 从两式中消去t ，经三角运算后得到合振动的方程式为ϕϕ22222sin cos 2=-+oe o e A A xy A y A x 由此式可知，a) 当),2,1,0( ==k k πϕ时，x A A y eo±=，为线偏振光． b) 当),2,1,0(2)12( =+=k k πϕ时，12222=+oe A y A x ，为正椭圆偏振光．在o A = e A 时，为圆偏振光．c) 当ϕ为其它值时，为椭圆偏振光．在某一波长的线偏振光垂直入射到晶片的情况下，能使o 光和e 光产生相位差πϕ)12(+=∆k （相当于光程差为2λ的奇数倍）的晶片，称为对应于该单色光的二分之一波片（1/2波片）或2λ波片；与此相似，能使o 光和e 光产生相位差πϕ)212(+=∆k （相当于光程差为4λ的奇数倍）的晶片，称为四分之一波片（1/4波片）或4λ波片．本实验中所用波片是对06328A （e e N H -激光）而言的．如图4所示，当振幅为A 的线偏振光垂直入射到1/4波片上，振动方向与波片光轴成θ角时，由于o 光和e 光的振幅分别为A θsin 和A θcos ，所以通过1/4波片合成的偏振状态也随角度θ的变化而不同．图4 线偏振光经过1/4波片示意图 图5 线偏振光经过1/2波片示意图a) 当θ=00时，获得振动方向平行于光轴的线偏振光（e 光）． b) 当θ=π/2时，获得振动方向垂直于光轴的线偏振光（o 光）． c) 当θ=π/4时，Ae=Ao 获得圆偏振光．d) 当θ为其它值时，经过1/4波片后为椭圆偏振光．所以，可以用1/4波片获得椭圆偏振光和圆偏振光．当线偏振光经过1/2波片后，Ae 与Ao 的位相差位π，如图5两列光波合成后仍然为线偏振光，但振动方向较原方向转动了2θ角度。

光的偏振实验教案研究光的偏振现象及其应用光的偏振实验教案-研究光的偏振现象及其应用引言：光是我们生活中常见的自然现象之一，它以极快的速度传播，也具有波动和粒子性质。

然而，光的特性远不止于此。

其中一个重要的特性是偏振现象。

本教案旨在研究光的偏振现象及其应用，并通过实验展示和验证相关理论。

一、实验目的：通过本实验，学生将能够：1. 了解光的偏振现象及其基本原理；2. 掌握光的偏振实验的基本方法；3. 观察并验证光的偏振现象。

二、实验器材和材料：1. 光源：可以使用激光器或者LED光源；2. 偏振片：包括线偏振片和圆偏振片；3. 偏振光分析器：如偏振片；4. 旋转平台；5. 光屏；6. 实验台；7. 记录器材：纸、铅笔等。

三、实验步骤：1. 准备工作：a. 将实验台设置在一个相对安静的环境中；b. 确保实验室光线不会对实验结果产生干扰；c. 将光源、偏振光分析器和旋转平台依次放置在实验台上；d. 将光源对准光屏，确保光线能够正常照射到光屏上。

2. 实验操作：a. 将光源打开，调整光线方向，使其垂直照射到光屏上；b. 在光源和光屏之间放置一个线偏振片，调整其方向，观察光屏上的光强变化；c. 按照同样的方法，使用圆偏振片进行实验，并观察光屏上的光强变化；d. 使用偏振光分析器，验证偏振片的效果，并记录观察结果；e. 将旋转平台与偏振片相连，旋转偏振片，并观察光屏上的光强变化和偏振片旋转的关系。

四、实验结果与讨论1. 观察结果：a. 在使用线偏振片的实验中，当偏振片与光线垂直时，光屏上的光强最低。

当偏振片与光线平行时，光屏上的光强最高。

b. 在使用圆偏振片的实验中，无论圆偏振片的方向如何，光屏上的光强一直保持稳定。

2. 实验讨论：a. 线偏振片只允许一个方向的振动通过，故当光线与偏振片垂直时，光强被最大程度地减弱；当光线与偏振片平行时，光强得以最大程度地通过。

b. 圆偏振片将光线中的线偏振部分转化为一个方向上的圆偏振。

实验十三 偏振光的观测与研究一、 教学目的1. 观察光的偏振现象，加深理解有关偏振的基本理论2. 学习偏振片与波片的工作原理，研究偏振光的起偏和检测3. 观测布儒斯特角及测定玻璃折射率二、 教学重点由麦克斯韦的电磁理论可知，光是一种电磁波，电磁波是横波，所以光波也是横波。

光波的振动方向相对于传播方向的一种空间取向称为偏振，光的这种偏振现象是横波的特征。

按光波电矢量的振动状态课把光波偏振态分成五种：自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。

1. 马吕斯定律自然光通过偏振片变成光强为I 0 ，振幅为A 的线偏振光，再垂直入射到另一块偏振片上，出射光强为：I ＝I 0 cos ２θ这就是马吕斯定律。

θ为两偏振片透振方向之间的夹角。

2. 偏振片、波片及其作用偏振片有一个透射轴和一个与之垂直的消光轴，只有电矢量振动方向与透射轴方向平行的光波分量才能通过偏振片。

因此，利用偏振片可以产生偏振光。

由于在应用中起的作用不同而叫法不同，用来产生偏振光的偏振片叫做起偏器，用来检验偏振光的偏振片叫做检偏器。

按照马吕斯定律，强度为I 0的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为θ20cos I I =，式中θ为如社偏振光偏振方向与检偏器振轴之间的夹角。

当以光线传播方向转动检偏器时，透射光强I 发生周期性变化。

当θ＝0°时，透射光强最大；当θ＝90°时，透射光强为极小值（消光状态）；当0°<θ<90°时，透射光强介于最大和最小值之间。

当线偏振光垂直射到厚度为d 的单轴晶片时，o 光和e 光沿同一方向前进，但传播速度不同，这两种偏振光通过晶片后，它们的相位差ϕ为d n ne o )(2−=λπϕ其中，λ为入射偏振光在真空中的波长，o n 和e n 分别为晶片对O 光、e 光的折射率，d 为晶片的厚度。

在某一波长的线偏振光垂直入射于晶片的情况下，能使O 光和e 光产生相位差πϕ)12(+=K 的晶片，称为1/2波片（2/λ波片）；能使O 光和e 光产生相位差πϕ)2/12(+=K 的晶片则称为1/4波片（4/λ波片）。

实验七 偏振现象的观测与分析一、实验目的1 观察光的偏振现象，加深对偏振光的了解；2 掌握产生和检验偏振光的原理和方法。

二、实验仪器氦氖激光器、偏振片（2片）、半波片、光屏、凸透镜三、实验原理1 能使自然光变成偏振光的装置或器件，称起偏器；用来检验偏振光的装置或器件，称检偏器。

按光的振动状态不同，可分为自然光，线偏振光，部分偏振光，圆偏振光和椭圆偏振光。

沿同一方向传播的两列频率相同的线偏振光，如果他们的振动方向垂直且具有固定的相位差ΔΦ，当ΔΦ＝k π （k ＝0，±1，…）合成光矢量末端的轨迹是一条直线，称为线偏振光，当ΔΦ＝（2k ＋1）π/2 ，且振幅相等时，合成光矢量末端的轨迹是圆，称为圆偏振光，其它情况当 ΔΦ≠k π和ΔΦ≠（2k ＋1）π/2 时则为椭圆偏振光。

如图1所示。

2 一特定方向的光振动通过，这一方向称之为偏振片的偏振方向。

3 由晶体双折射产生偏振 自然光： 部分偏振线偏振图1一束光照射到晶体上会产生双折射现象，出来两束光线，一束o光，一束e光。

O光遵从折射定律，e光不遵从折射定律。

光轴：晶体内存在一个特殊方向，光沿该方向传播时不产生双折射现象。

主平面：由光线和光轴组成的平面。

O光的光振动垂直与主平面，e 光的光振动在主平面内。

4半波片的原理如图（2）所示，当振幅为A的平面偏振光垂直入射到表面平行光轴的双折射晶片时，若振动方向与晶片光轴的夹角为α，则在晶片表面上o光和e光的振动分别为Asinα和Acosα，它们的相位相同，进入晶片后，o光和e光虽然沿同一方向传播，但具有不同的速度，因此，经过厚度为d的晶片后，o光和e光之间将产生相差δ。

而且有：式中λ表示光在真空中的波长，no和ne分别为晶体中o光和e光的折射率。

若晶片的厚度使产生的相差δ＝（2k＋1）π，k＝0，1，2，…，这样的晶片称为半波片。

四、实验步骤1、固定N1转动N2，观察白屏上出现的现象；2、调节N1和N2正交，在N1, N2间平行放置半波片，以光线方向为轴将半波片转360度，记录出现消光的次数和相对N2的位置；3、使N1, N2正交，半波片的光轴和N1成α(10º或15º)角，转动N2使之再次消光，记录N2的位置，改变α角，每次增加10º或15º，同上测量，直至＝90º；4、记录以上步骤中所观察的现象。