范德格拉夫起电机演示试验

偏振万花筒
Polarization kaleidoscope
奇妙的万花筒，带给了孩子多少朴素而快乐的童年。

在孩子们的眼中，万花筒里的“花”，就如同梁祝化身的彩蝶，翩翩而来的百花仙子。

一种“花”离去，从此几十年难再重现。

通常的万花筒是利用镜面反射的原理，将几片镜片加以组合，再加上好看的彩纸、彩珠制作而成。

下面介绍的是一种全新的万花筒，它利用的是光的另外两个重要的性质。

[实验装置]
在如图一装置中，前后是两片
偏振片，中间是在剪好的胶片上随
意地缠上透明胶条，缠绕得越零乱
越好。

将一个偏振片固定，另一偏
振片和胶版固定在转轴上。

图一偏振万花筒实验装置
[现象观察] 摇动转轴手柄，适当地转动偏振片或
胶片，就可以看到由两片偏振片加上少
许凌乱的胶条产生的五颜六色的图案。

缠在胶片上的透明胶条越凌乱，得到的
图案就越丰富，如图二所示。

[现象解密]
与传统万花筒中光的反射原理不
同，偏振万花筒利用的是光的另外两个重要性质——偏振和旋光。

光是一种电磁波，电磁
波是横波，即光波的振动方
向与它的传播方向相互垂
直。

而振动方向和光波前进
方向构成的平面叫做振动
面，光的振动面只限于某一
固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。

通常光源发出的光，它的振动面不只限于一个固定方向而是在各个方向上均匀分布的。

这种光叫做自然光，事实上自然光包含朝各个方向的偏振光，从而不易显现光的偏振特性。

但是当光通过某些特殊材料时，只有偏振方向沿某一特定方向的光才能够通过，
图二 偏振万花筒中看到的图案
图三 光的振动方向与传播方向互相垂直
其余的光则全部被吸收。

上面实验中使用的偏振片就是用这种特殊材料制作而成的，它使得通过它的光的偏振方向都在同一方向上。

光还有另外一个叫做旋光的特性，它是当偏振光通过某些特殊材料时，光的偏振方向将发生一定程度的旋转，旋转的幅度随材料、光的频率等因素而不同。

绝大部分有机材料都是旋光材料。

在上面的实验中，自然光经过第一个偏振片后，就变成了振动方向沿某一特定方向的偏振光；再通过缠了胶条的胶片后，因为胶条缠得比较零乱，并且不同的区域胶条的厚度有所不同，偏振光中不同频率的光波其偏振方向转过的角度就有所不同；再经过另一个偏振片后，某些颜色的光就被滤掉了，所以就会在小孔中呈现出五颜六色的图案。

[知识拓展]
偏振和旋光在日常生活中有着很广泛的应用。

人们经常戴的偏光眼镜就是应用偏振原理制作而成的，它的镜片实际上相当于两片偏振片，自然光经过这两片偏振片后，大部分光都被滤掉了，使得光的强度大幅减弱，起到保护眼睛的作用。

我们平常所看的立体电影也是应用偏振的原理制成的。

在观看立体电影时，我们都要戴着一副特殊的眼镜，这副眼镜的镜片是由偏振方向互相垂直的两个偏振片构成的。

在同一套胶片上的两套图像以不
同偏振方向的光通过镜片，就使得两只眼晴所接收到的图像产生差异，进而产生立体感。

平时，当我们拍摄一些金属和非金属类的光滑物体时，由于这些光滑物体表面会产生反光现象，由于反光现象的产生，就会影响拍摄效果，物体表面上的细节特征就难以表现出来。

利用偏振镜能有效的消除或减淡反光现象，在物证照相中，偏振镜得到广泛的应用。

偏振光照相是物证照相中的一种重要的照相方法。

还有其它很多应用。

[思考题]
1. 本实验中的万花筒是应用什么原理制作的？
2. 偏振是横波所特有的还是纵波所特有的？
3. 不同频率的光经过同种旋光材料时偏振方向旋转的幅度相同吗？4．为什么缠在胶片上的透明胶条越凌乱，得到的图案就越丰富？。