第20章 光的偏振
光的偏振ppt课件
自然光
....
线偏振光 .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
（1） I0 cos2 1 I0
2
32
解得 ＝ 54044
（2） I0 cos2 I0
2
3
解得 ＝ 35016
【例题13-2】光强为 I0 的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3 后光强为I0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？
解: 分析
I0
P1
I1
P2
P3
I2
I3=I0/8
e光
线偏振光
3. 晶体的光轴
当光在晶体内沿光轴方向传播时不发生双折射。
光轴是一特殊的方向,凡平行于此 光轴
方向的直线均为光轴。
102o
单轴晶体：只有一个光轴的晶体 双轴晶体: 有两个光轴的晶体
78o 78o 102o
4. 主平面(光的传播方向与晶体光轴构成的平面)
·
光轴
·
o光
光轴
e光
(o光振动垂直o 光主平面)
i0 — 布儒斯特角或起偏角
•
i • n1
•
•
i
b
0
n1 sin i0 n2 sin γ n2 sin(900 i0 ) n2 •
第二十章 光的偏振自测题
第二十章 光的偏振自测题一、选择题1．线偏振光经过λ/2片后，成为（ ）。
（A ）线偏振光 （B ）椭圆偏振光 （C ）圆偏振光 （D ）不是偏振光2．光强为I 0的自然光垂直通过两个偏振片，它们的偏振化方向之间的夹角α =600，设偏振片没有吸收，则出射光强I 与入射光强I 0之比为（ ）（A ）1/4 （B ） 3/4 （C ）1/8 （D ）3/83．如果两个偏振片堆叠在一起，且偏振化方向之间夹角为600，假设二者对光无吸收，光强为I 0的自然光垂直入在偏振片上，则出射光强为（ ）(A) I 0/8 (B) 3I 0/8 (C) I 0/4 (D) 3I 0/44．自然光以布儒斯特角入射到两介质界面，则反射光为（ ）。
（A ）自然光 （B ）线偏振光 （C ）部分偏振光 （D ）圆偏振光5．两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过。
当其中一偏振片慢慢转动1800时透射光强度发生变化为：（ ）(A) 光强单调增加。
(B) 光强先增加，后有减小至零(C) 光强先增加，后减小，再增加(D) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零 6．一束自然光自空气射向一块平板玻璃（如图）射角等于布儒斯特角i 0 ，则在界面2的反射光（ ）(A) 是自然光(B) 是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直入射面 (C) 是完全偏振光且光矢量的振动方向平行入射面(D) 是部分偏振光7．一束自然光入射到一个由四个偏振片所构成的偏振片组上，每个偏振片的透射方向相对于前面一个偏振片沿顺时针方向转过了一个030角，则透过这组偏振片的光强与入射光强之比为(A) 0.41 : 1; (B) 0.32 : 1; (C)0.21 : 1; (D) 0.14 : 18． 在真空中行进的单色自然光以布儒斯特角057=B i 入射到平玻璃板上。
下列哪一种叙述是不正确的？(A) 入射角的正切等于玻璃的折射率；(B) 反射线和折射线的夹角为2/π；(C) 折射光为平面偏振光；(D) 反射光为平面偏振光；9．一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它们垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光和线偏振光的光强比值为（ ）（A ）2/3 ； （B ）1/3； （C ）1/5； （D ） 1/210．设自然光以入射角057投射于平板玻璃面后，反射光为平面偏振光，试问该平面偏振光的振动面和平板玻璃面的夹角等于多少度？(A) 0; (B) 33; (C) 57; (D) 69;11、两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过，当其中一偏振片慢慢转动360°时透射光强度发生的变化为（ ）（A ）光强单调增加；（B ）光强先增加，后又减小至零；（C ）光强先增加，后减小，再增加；（D ）光强先增加，然后减小至零，再增加，再减小至零。
第20章 光的偏振
Ae
N
M'
20.4.4波片
A2O 和 A2 e 的相位差
(no ne )d ' 2
N'
M
光轴
A1
AO
Ae
N
(no ne )d 2
M'
k 0,1,2
(no ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe )d (2k 1) 2
(no ne )d 2k 2
As1 A s1
由于Ap1 = As1，因此 ，即反射光中电矢量的平行分量值总 是小于垂直分量的值，自然光经两种介质分界面反射后， 反射光是部分偏振光． 但当 i1 i2 900 时，有 A
p1
A p1
=0
20.3.2布儒斯特定律
布儒斯特定律
入射 反射
i i
n1
n2 tg i0 n1
y Ae A2 α
e
θ A2
o
Ao
P2
2 2 2 2 2 I A2 A 2 A A cos A [cos ( ) sin 2 sin 2 sin o 2e 2o 2e 1
关于光强I 的讨论
▲ P1 和P2 的透振方向相互平 行 2 A 2 2 1 2 2 2 45 I A [ 1 sin ] [1 cos ] // 1 I // A1 [1 sin 2 sin ] 2 2
1 I x I y I0 2
自然光的图示：
线偏振光： 在垂直光传播方向的平面 内，光矢量只沿一个固定的方
向振动，这种光叫线偏振光 偏振光的图示：
振动面
椭圆偏振光和圆偏振光 若光矢量大小不断改变，其端点在垂直传播方向的平面 内的投影为椭圆（或圆），这种光叫椭圆（或圆）偏振光。 椭圆（或圆）偏振光可以看成两个相互垂直，且有一定 相位差的线偏振光的合成。 20.1.3部分偏振光 部分偏振光是介于偏振光和自然光之间的情形，一般地， 部分偏振光都可看成自然光和线偏振光的混合。 部分偏振光图示： 或
第三讲 光的偏振
三、光的偏振 自然光经过一个偏振片后，变暗，转动 偏振片，透过的光线无亮暗变化；固定第一 个偏振片的位置，在其后面再放一个偏振片， 转动第二个偏振片，透过第二个偏振片的光， 出现周期性的亮暗变化。
这说明：……
三、光的偏振
将偏振片放到电脑屏幕前转动，发现透 过偏振片的光，也有亮暗变化，但光线不能 被完全吸收，说明光经过液晶屏幕后变成了 部分偏振光。
三、光的偏振
布儒斯特角
第二种产生偏振光的方法
ir 900
反射折射法
·
n1
···
i
···· S
n2
入射光的振动方向被分解为平行于入射平面和垂 直于入射平面的两个方向上
因此，利用电介质表面的反射，比如水 表面，玻璃表面，可以获得部分偏振光和 100%的线偏振光。
也就是说，湖面的反射光，各种建筑 物上玻璃的反射光，都是偏振光。
如果光在各个方向上的振动都有，而且 平均来看，在各个方向上的振动都是一样的 ，光矢量是轴对称的，那么这束光称为非偏 振光，或自然光
用
或
表示
三、光的偏振
普通光源的发光是由原子的自发辐射产生 的，其振动方向是随机的，各个方向上振动机 会均等，因此，太阳或者日光灯等普通光源发 出的光都是自然光
如何从普通光源中取得偏振光呢？
三、光的偏振
三、光的偏振
接下来，介绍一下光的偏振 从上一讲中我们知道，电磁波是电场与
磁场相互激发产生的，二者相互垂直，并且 都与传播方向垂直，因此电磁波是横波
三、光的偏振
可见光是电磁波中很小的一个波段，是 这一波段中的电振动矢量引起人们的视觉反 应，因此，我们用电矢量来表示可见光的振 动方向，忽略磁振动矢量。
三、光的偏振
光的偏振和双折射
或
将各方向的 E 投影到二个任意互相垂直的方向 上，由于在所有可能的方向上 E 完全相等，所以在
任二个互相垂直的方向上光矢量的分量的和相等。 自然光也可以表示为：
Leabharlann 传播方向 图中：“︱”表示 在板面内的分振动 E “●”表示 E 垂直板面的分振动
二个相互垂直的光振动，光强各占一半
tgib n2 n1
12
ib
n2
布儒斯特定律：当自然光以布儒斯特 角 ib 入射到二介质界面时，反射光为 完全偏振光，振动方向⊥入射面
三. 应用
1. 测量不透明介质的折射率 让光线入射到不透明的介质上，改变入射角i 并测反 射光线的偏振化程度，当反射光线为完全偏振光时， 入 射角 ib 即为布儒斯特角，即：
4
2. 偏振化方向： 偏振片允许通过的光振动的方向。
偏振片 自然光I0
线偏振光I
1 2
偏振化方向
I
I0
※不是只有一个振动方向 的光可以通过偏振片，其他方 向振动的光在偏振化方向的分 量均可以通过偏振片。
偏振片 自然光I0
线偏振光I
1 2
偏振化方向
I
I0
※自然光不是只有2个方 向的振动，在 0~2p 内有无数 个振动方向。
光
的
高中物理必修二 新课改 讲义 20 C光的干涉、衍射和偏振、电磁波 提升版
光的干涉、衍射和偏振电磁波考点一光的干涉现象光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.(2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定.(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹.技巧点拨1.双缝干涉(1)条纹间距：Δx＝ldλ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大.(2)明暗条纹的判断方法：如图1所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.当Δr＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现明条纹.当Δr＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现暗条纹.图12.薄膜干涉(1)形成原因：如图2所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形.光照射到薄膜上时，从膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加.图2(2)明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍.在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现明条纹.在Q处，Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹.例题精练1.如图3所示，双缝干涉实验装置中，屏上一点P到双缝的距离之差为2.1 μm，若用单色光A照射双缝时，发现P点正好是从屏中间O算起的第四条暗条纹，换用单色光B照射双缝时，发现P点正好是从屏中间O算起的第三条亮条纹，则下列说法正确的是()图3A.单色光B的频率大于单色光A的频率B.单色光B的波长小于单色光A的波长C.单色光B的相邻亮条纹间的距离小于单色光A的相邻亮条纹间的距离D.用单色光A和B在同一单缝衍射的装置上做实验，在缝宽不变的情况下，单色光B更容易发生明显衍射2.(多选)如图4所示，把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相关说法合理的是()图4A.远离中心点处亮环的分布较密B.用白光照射时，不会出现干涉形成的圆环C.这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光干涉形成的D.与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的考点二光的衍射和偏振现象1.光的衍射发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显.2.光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同.(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光.(3)偏振光的形成①让自然光通过偏振片形成偏振光.②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光.(4)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等.(5)光的偏振现象说明光是一种横波.技巧点拨1.单缝衍射与双缝干涉的比较2.光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的.例题精练3.(多选)雾霾天气严重影响人们的身体健康，雾霾天气时能见度只有几米，天气变黄变暗，这是由于这种情况下()A.只有波长较短的一部分光才能到达地面B.只有波长较长的一部分光才能到达地面C.只有频率较大的一部分光才能到达地面D.只有频率较小的一部分光才能到达地面4.(多选)食品安全检验中碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量.偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了.如图5所示，S是自然光源，A、B 是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间.以下说法中正确的是()图5A.到达O处光的强度会明显减弱B.到达O处光的强度不会明显减弱C.将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片B转过的角度等于αD.将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片A转过的角度等于α考点三电磁波1.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场.2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波.(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都等于光速).(3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小.(4)v＝λf，f是电磁波的频率.3.电磁波的发射与接收(1)发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行调制(两种方式：调幅、调频).(2)接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解调出来，调幅波的解调也叫检波.4.电磁波谱按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱.按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.技巧点拨1.对麦克斯韦电磁场理论的理解2.电磁波与机械波的比较例题精练5.(多选)关于电磁波，下列说法正确的是()A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C.电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输E.电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失6.目前，我国正在开展5G网络试点工作，即将全面进入5G时代.届时，将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变为现实.5G(即第五代移动通信技术)采用3 300～5 000 MHz频段，相比于现有的4G(即第四代移动通信技术，1 880～2 635 MHz频段)技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延.5G信号与4G信号相比，下列说法正确的是()A.5G信号在真空中的传播速度更快B.5G信号是横波，4G信号是纵波C.5G信号粒子性更显著D.5G信号更容易发生明显衍射7.在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温，如图6所示.下列说法正确的是()图6A.当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的D.红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的综合练习一．选择题（共17小题）1．（徐汇区校级月考）光学镜头上常常会涂一层针对某一频率光线的增透膜，以使透射的光能增强、反射光能减弱。
2017322112818421_光的偏振
光的偏振一. 实验目的1. 观察光的偏振现象，加深对光偏振基本规律和偏振器件的认识,验证马呂斯定律。
2. 了解产生和检验偏振光的基本方法,掌握椭圆偏振光、圆偏振光的产生与检测。
3. 观察掌握 1 / 2波片,1/4波片的光学特性,旋光效应及半导体激光的偏振特性。
二. 实验仪器偏振片（两个）、旋光晶体、1/4波片、光具座、光电管、白色光屏、二维可调半导体激光器，激光功率指示计。
三. 实验原理1. 偏振光的基本概念光波是一种电磁波，它的电矢量E和磁矢量H相互垂直，并垂直于光的传播方向。
用电矢量E代表光的振动方向，将电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光的振动面。
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，如图a所示。
振动面的取向和光波电矢量的大小随时间作有规律的变化，光波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时，称为椭圆偏振光或圆偏振光。
没有一个方向的振动比其它方向更占优势。
这种光源发射的光对外不显现偏振的性质，称为自然光，如图b所示。
如图c所示称为部分偏振光. 光的偏振性质证实了光波是横波，即光的振动方向垂直于它的传播方向。
２. 利用偏振片起偏、检验、平面偏振光和马呂斯定律当自然光射到偏振片上时，振动方向与偏振化方向垂直的光被衰减和吸收，振动方向与偏振化方向平行的光透过偏振片，从而获得线偏振光。
若在偏振片起偏器P1后面再放一偏振片P2，P2就可以用作检验经P1后的光是否为偏振光，即P2起了检偏器的作用。
当起偏器P1和检偏器的偏振方向有一夹角θ，则通过检偏器P2的偏振光强度满足马呂斯定律：I=Icos2θ当θ=0时，I=I，光强最大；当θ=π/2时，I=0，出现消光现象；当θ为其它值时，透射光强介于0～I之间。
３. 1/4波片、圆偏振光和椭圆偏振光双折射起偏如图所示,某些单轴晶体（如方解石和石英等）具有双折射现象。
当一束自然光射到这些晶体上时，在界面射入晶体内部的折射光常为传播方向不同的两束折射光线，其中一束折射光始终在入射面内其振动垂直于传播方向，遵守折射定律,为寻常光（或O光）；另一束折射光一般不在入射面内且不遵守折射定律，其振动在主平面内，称为非常光（或e光）。
大学物理光的偏振分解
n1 故 tg 0 tg i0 ctgi0 2 n2
这说明在界面2处的反射角是起偏角，即界面2的反射光的光 振动是垂直于入射面的，从而其透射光亦为垂直于入射面的光 24 振动。即应选（A）。
首 页 上 页 下 页退 出
n2 tgi0 n1
n1 而 i0 0 2
一、横波的偏振性
沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相同，具有对 称性，即 纵波的振动相对于传播方向是轴对称的。
2 首 页 上 页 下 页退 出
横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。
1、偏振 波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振。
这就是说，横波具有偏振性，而纵波不具备偏振性。 3 光是横波，应该具有偏振性。 首 页 上 页 下 页退 出
例14－5 当一束自然光在两种介质分界面处发生反射和折射 时，若反射光为完全偏振光，则折射光为－－－－－－光，且反 射光和折射光之间的夹角为－－－－－－－－－。 答案为：部分偏振光，
1 2
（或900）
25 首 页 上 页 下 页退 出
例14－6 一束平行的自然光，以600角入射到平玻璃表面上，若 反射光束是完全偏振的，则透射光束的折射角是－－－－－－，玻璃 的折射率为－－－－－－－－－。 解：若反射光为完全偏振光，则入射角i0为布儒斯特角。
n2 tgiLeabharlann n1时，反射光中只有垂直入射面的Ε矢量而成为线偏振光，但折 射光仍为部分偏振光，这一规律称之为布儒斯特定律。 ②使反射光成为全偏振光 时的入射角i0称为布儒斯 特角。
n1
i0
n2
③当入射角为布儒斯特 角时，反射线和折射线互 相垂直，即有
r0
i0 0 / 2
(Polarizationoflight)线偏振光的表示法
· · ·
o e
· · ·
光轴
o e
o
· · · · · ·
方解石
e
此时e光的波面不再与其波射线垂直了
§5 晶体光学器件
一. 晶体起偏器件 1. 晶体的二向色性、晶体偏振器 某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异， 这叫晶体的二向色性
没有优势方向
自然光的分解
一束自然光可分解为两束振动方向相互 垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。
Ex E y I Ix Iy
自然光的表示法：
· ··
三. 部分偏振光
部分偏振光
部分偏振光的分解
部分偏振光可分解为两束振动方向相互 垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。 部分偏振光的表示法：
· ·
自然光反射和折射 后产生部分偏振光 起偏振角
§3 反射和折射光的偏振
i = i0 时，反射光只有S分量 i 0 — 布儒斯特角或 起偏角 i0 +r0 = 90O 由 n1 sin i0 n2 sin r0 n2 cos i0
n2 有 tg i0 n21 —布儒斯特定律 (1812年) n1
x z z
分子型
入射 电磁波
线栅起偏器
• 偏振片的起偏
非偏振光I0
P
线偏振光 I 偏振化方向 (透振方向)
···
P
1 I I0 2
E0 P
E=E0cos
二. 马吕斯定律
I0
I
I 0 E 02 , I E 2 E 02 cos 2 I I 0 cos 2 马吕斯定律（1809） 0，I I max I 0
0
互 余
第19章 光的偏振
ne no
l
2
光轴 Ae入= Ae出
A出 A入
Ao出
Ao入
l 2(no ne )
可使线偏振光振动面转过2 角度
二. 偏振光的检验
自然光,部分偏振光,线偏振光,圆偏振光,椭圆偏振光
1. 光路中放入检偏器 (偏振片)
以入射光方向为轴
观察透射光: 1. 若明暗(亮度)不变
自然光 或圆偏振光 2. 最亮 全暗(消光) 最亮
▲ 正晶体、负晶体
正晶体：ne> no
(ve< vo)
光轴 vet v点o波t • 源
负晶体：ne< no
(ve> vo)
光轴
点vo波•t 源vet
如：石英、冰
如：方解石、红宝石
三. o光和e光的传播方向
1. o光和e光在晶体中传播时的波面 根据惠更斯原理
寻常光线(o光)的速度在各个方向上是相同的; 在晶体内任一点引起的子波波面是一球面.
叠加 相互垂直,振幅相等,但彼此独立的两个分振动.
自然光可分解为任意两个相互独立、等振幅、相互垂直 的振动（线偏振光），且其中每一方向的振动具有自然光 总能量的一半。
P
P
三.线偏振光
振动只在某一固定方向
传播方向
E 振动面
▲线偏振光表示法
·
面对光的传播方向看
振动方向垂直纸面
振动方向在纸面内
四.部分偏振光
自然光在两各向同性媒介分 界面上反射和折射时，反、 折射光均成为部分偏振光
2.特点
自然光的振动可分解为两 个振幅相等的分振动
n1
ii
空气
n2
r
玻璃
其一和入射面(纸面)垂直 —— 垂直振动(s分量) 另一和入射面(纸面)平行 —— 平行振动(p分量)
光的偏振教学设计教案
光的偏振教学设计教案教学目标：1.理解和描述光的偏振现象。
2.能够使用偏振片来实验观察和分析光的偏振现象。
3.掌握如何调节偏振片的方向和角度以控制光的偏振状态。
教学准备：1. ppt演示或黑板。
2.光源和偏振片。
3. 实验器材：偏振片、光源、互相垂直的镜子、10cm长的直线槽、180度回转器、白色光源、滤光片、旋转器。
4.课件或教材。
教学过程：Step 1：导入（10分钟）- 利用ppt或黑板引入光的偏振现象，例：光的传播方式、偏振方向等。
Step 2：理论讲解（20分钟）- 使用ppt或黑板，介绍光的偏振现象的基本原理和偏振片的作用。
-解释光在通过偏振片时发生的现象，并讨论解释为什么光可以被偏振片过滤。
-引导学生理解偏振片和光的偏振方向之间的关系。
Step 3：实验展示（30分钟）-准备实验器材并进行现场演示。
-使用光源、偏振片和直线槽等器材，展示光的偏振现象。
-调整偏振片的角度，让学生观察并描述观察到的变化。
-引导学生猜测并解释变化的原因。
Step 4：小组实验（20分钟）-将学生分成小组，每个小组获得一组实验器材。
-要求小组成员尝试通过调整偏振片的角度和方向来控制光的偏振状态，并观察并记录结果。
-鼓励小组成员互相讨论和交流，分享实验结果和观察到的现象。
Step 5：讨论和总结（20分钟）- 通过ppt或黑板，引导学生回顾整个实验过程，并重点总结实验中观察到的现象。
-引导学生讨论实验结果，解释观察到的现象及其原因。
-引导学生思考光的偏振现象在实际生活中的应用。
Step 6：作业布置（10分钟）-布置作业，要求学生写一份实验报告，包括实验目的、步骤、结果分析和总结，并展示在下一节课。
拓展活动：。
光的偏振
光的偏振实验请同学们参考讲义及查阅的相关资料，自己总结后手写实验预习报告.一、实验目的1．观察光的偏振现象，验证马吕斯定律；2．观察光的偏振状态，掌握椭圆偏振光、圆偏振光的产生与检测；3．验证物质的旋光效应。
二、实验仪器光源（半导体激光器）、起偏器、检偏器、光功率指示器、1/4波片、旋光晶体。
C PA实验装置三、实验原理光波是一种电磁波。
光的干涉和衍射现象表明光是一种波动,但这些现象还不能告诉我们光是纵波还是横波，光的偏振现象清楚的显示了光的横波性。
历史上，早在光的电磁理论建立以前，在杨氏双缝实验成功以后不多年，马吕斯（E.L.Malus）于1809年就在实验上发现了光的偏振现象。
在电磁波中起光作用的主要是电场矢量，所以电场矢量又叫光矢量。
由于电磁波是横波，所以光波中光矢量的振动方向总和光的传播方向相垂直。
在垂直于光传播方向的平面内，光矢量可能有各种不同的振动状态，这种振动状态通常称为光的偏振态。
光波的电矢量E和磁矢量H相互垂直，且都垂直于光的传播方向。
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。
我们知道光有五种偏振状态，即线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光、自然光和部分偏振光。
（1）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（图1a ）。
光源发射的光是由大量分子或原子辐射构成的。
单个原子或分子辐射的光是偏振的，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向的几率是相同的。
（2）一般说，在10-6秒内各个方向电矢量的时间平均值相等，故这种光源发射的光，对外不显现偏振的性质，称为自然光（图1b ）。
（3）在发光过程中，光的某些振动面在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，这样的光称为部分偏振光（图1c ）图1 光的偏振态（4）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，电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹是椭圆或圆，这种光称为圆偏振光（图2a ）或椭圆偏振光（图2b ）。
第二十章光的偏振自测题
第⼆⼗章光的偏振⾃测题第⼆⼗章光的偏振⾃测题⼀、选择题1．线偏振光经过λ/2⽚后，成为（）。
（A ）线偏振光（B ）椭圆偏振光（C ）圆偏振光（D ）不是偏振光2．光强为I 0的⾃然光垂直通过两个偏振⽚，它们的偏振化⽅向之间的夹⾓α =600，设偏振⽚没有吸收，则出射光强I 与⼊射光强I 0之⽐为（）（A ）1/4 （B ） 3/4 （C ）1/8 （D ）3/83．如果两个偏振⽚堆叠在⼀起，且偏振化⽅向之间夹⾓为600，假设⼆者对光⽆吸收，光强为I 0的⾃然光垂直⼊在偏振⽚上，则出射光强为（）(A) I 0/8 (B) 3I 0/8 (C) I 0/4 (D) 3I 0/44．⾃然光以布儒斯特⾓⼊射到两介质界⾯，则反射光为（）。
（A ）⾃然光（B ）线偏振光（C ）部分偏振光（D ）圆偏振光5．两偏振⽚堆叠在⼀起，⼀束⾃然光垂直⼊射其上时没有光线通过。
当其中⼀偏振⽚慢慢转动1800时透射光强度发⽣变化为：（）(A) 光强单调增加。
(B) 光强先增加，后有减⼩⾄零(C) 光强先增加，后减⼩，再增加(D) 光强先增加，然后减⼩，再增加，再减⼩⾄零 6．⼀束⾃然光⾃空⽓射向⼀块平板玻璃（如图）射⾓等于布儒斯特⾓i 0 ，则在界⾯2的反射光（）(A) 是⾃然光(B) 是完全偏振光且光⽮量的振动⽅向垂直⼊射⾯ (C) 是完全偏振光且光⽮量的振动⽅向平⾏⼊射⾯(D) 是部分偏振光7．⼀束⾃然光⼊射到⼀个由四个偏振⽚所构成的偏振⽚组上，每个偏振⽚的透射⽅向相对于前⾯⼀个偏振⽚沿顺时针⽅向转过了⼀个030⾓，则透过这组偏振⽚的光强与⼊射光强之⽐为(A) 0.41 : 1; (B) 0.32 : 1; (C)0.21 : 1; (D) 0.14 : 18．在真空中⾏进的单⾊⾃然光以布儒斯特⾓057=B i ⼊射到平玻璃板上。
下列哪⼀种叙述是不正确的？(A) ⼊射⾓的正切等于玻璃的折射率；(B) 反射线和折射线的夹⾓为2/π；(C) 折射光为平⾯偏振光；(D) 反射光为平⾯偏振光；9．⼀束光是⾃然光和线偏振光的混合光，让它们垂直通过⼀偏振⽚，若以此⼊射光束为轴旋转偏振⽚，测得透射光强度最⼤值是最⼩值的5倍，那么⼊射光束中⾃然光和线偏振光的光强⽐值为（）（A ）2/3 ；（B ）1/3；（C ）1/5；（D ） 1/210．设⾃然光以⼊射⾓057投射于平板玻璃⾯后，反射光为平⾯偏振光，试问该平⾯偏振光的振动⾯和平板玻璃⾯的夹⾓等于多少度？(A) 0; (B) 33; (C) 57; (D) 69;11、两偏振⽚堆叠在⼀起，⼀束⾃然光垂直⼊射其上时没有光线通过，当其中⼀偏振⽚慢慢转动360°时透射光强度发⽣的变化为（）（A ）光强单调增加；（B ）光强先增加，后⼜减⼩⾄零；（C ）光强先增加，后减⼩，再增加；（D ）光强先增加，然后减⼩⾄零，再增加，再减⼩⾄零。
第二十章 光的偏振自测题答案
第二十章 光的偏振自测题答案一、 选择题：ACABB BCCDB DBCBD DDABC二、填空题：2I ，I/8,线偏振光，横，光轴，2212cos cos αα，圆，大于，624844.4800'=，600，3I 0/16,3, 91.7 , 8.6，5um三、计算题1、自然光通过两个偏振化方向间成 60°的偏振片，透射光强为 I 1。
今在这两个偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成 30°角，则透射光强为多少？解：设入射的自然光光强为0I ，则透过第1个偏振片后光强变为2I 0， 3分 透过第2个偏振片后光强变为1020I 60cos 2I =， 3分 由此得 10210I 860cos I 2I == 3分 上述两偏振片间插入另一偏振片，透过的光强变为11020202I 25.2I 4930cos 30cos 2I I === 3分2、 自然光入射到两个互相重叠的偏振片上。
如果透射光强为（1）透射光最大强度的三分之一,（2）入射光强度的三分之一，则这两个偏振片的偏振化方向间的夹角是多少？解：（1）设入射的自然光光强为0I ，两偏振片同向时，透过光强最大，为2I 0。
当透射光强为2I 31I 01⨯=时，有 2分 6I cos 2I I 0201==θ 2分 两个偏振片的偏振化方向间的夹角为445431arccos 01'==θ 2分 （2）由于透射光强 3I cos 2I I 02202==θ 4分 所以有 613632arccos 02'==θ 2分 3、投射到起偏器的自然光强度为0I ，开始时，起偏器和检偏器的透光轴方向平行．然后使检偏器绕入射光的传播方向转过30°，45°，60°，试分别求出在上述三种情况下，透过检偏器后光的强度是0I 的几倍?解：由马吕斯定律有0o 2018330cos 2I I I == 4分 0ο2024145cos 2I I I == 4分 0ο2038160cos 2I I I ==4分 所以透过检偏器后光的强度分别是0I 的83,41,81倍． 4、使自然光通过两个偏振化方向夹角为60°的偏振片时，透射光强为1I ，今在这两个偏振片之间再插入一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成30°，问此时透射光I 与1I 之比为多少?解：由马吕斯定律ο20160cos 2I I =80I = 4分32930cos 30cos 20ο2ο20I I I == 4分 ∴25.2491==I I 4分 5、水的折射率为 1.33，玻璃的折射率为 1.50，当光由水中射向玻璃而反射时，起偏振角为多少？当光由玻璃射向水中而反射时，起偏振角又为多少？这两个起偏振角的数值间是什么关系？解：由布儒斯特定律 120n n i tan =可知，当光由水中射向玻璃而反射时，起偏振角为624833.150.1arctan n n arctan i 0120'===' 5分 光由玻璃中射向水而反射时，起偏振角为434150.133.1arctan n n arctan i 0210'==='' 5分 由此，可见这两个起偏振角的数值间是互余关系，即2i i 00π=''+'。
光的偏振
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
26
结束 返回
几个重要实验结果： 1）两束光分别为寻常光（o 光）和非寻常光（e光） 寻常光（ordinary 遵从折射定律
自然光
n1 n2
i
re
(各向异 ro light）： 性媒质)
o光
e光
n1 sin i n2 sin ro
const .
27
非寻常光（extra-ordinary light）： (1)一般不遵从折射定律: sin i (2)一般折射线不在入射面内。
· · o光 ： · · v t · · o · · ·
光轴
e光 ：
vot
· · · · · · · · · · · · · ··
vet 光轴
e光的子波面
o光的子波面 光轴 v t 正 e 晶 v o t 体 点波源 (ve< vo)
负 晶 体 (ve> vo)
光轴
vot vet 点波源
I0
I ？
2
A0
通光方向
P
A A0 cos
I I0 cos
演示：偏振片的起偏和检偏
10
§3.光在反射折射时的偏振
---布儒斯特定律
一.现象
i
n1 n2
自然光入射在两各向同性媒质界面， 反射、折射光线的偏振状态改变。 1. 任意入射角i ：
反射、折射光均是部分偏振光。
垂直于入射面的分量多
合成 椭圆偏振光 一对同频率、方向垂直、 → → （以此两方向 相位差为π/2 为长短轴） 振幅不同的线偏振光 分解 思考：从正交分解的角度看，自然光和圆偏振 46 光；部分偏振光和椭圆偏振光有何区别？
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第二十章 光的偏振一、选择题1、在双缝干涉实验中，用单色自然光，在屏上形成干涉条纹．若在两缝后放一个偏振片，则(A) 干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度加强．(B) 干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度减弱．(C) 干涉条纹的间距变窄，且明纹的亮度减弱．(D) 无干涉条纹． ［ B ］2、一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片．若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为(A) 1 / 2． (B) 1 / 3．(C) 1 / 4． (D) 1 / 5． ［ A ］3、一束光强为I 0的自然光，相继通过三个偏振片P 1、P 2、P 3后，出射光的光强为I ＝I 0 / 8．已知P 1和P 2的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转P 2，要使出射光的光强为零，P 2最少要转过的角度是(A) 30°． (B) 45°．(C) 60°． (D) 90°． ［ B ］4、一束光强为I 0的自然光垂直穿过两个偏振片，且此两偏振片的偏振化方向成45°角，则穿过两个偏振片后的光强I 为(A) I 0 / 2． (B)2I 0 / 2．(C) 4/0I 2 ． (D) I 0 / 4． ［ D ］5、三个偏振片P 1，P 2与P 3堆叠在一起，P 1与P 3的偏振化方向相互垂直，P 2与P 1的偏振化方向间的夹角为30°．强度为I 0的自然光垂直入射于偏振片P 1，并依次透过偏振片P 1、P 2与P 3，则通过三个偏振片后的光强为(A) I 0 / 4． (B) 3 I 0 / 8．(C) 3I 0 / 32．(D) I 0 / 16． ［ C ］6、两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过．当其中一偏振片慢慢转动180°时透射光强度发生的变化为：(A) 光强单调增加．(B) 光强先增加，后又减小至零．(C) 光强先增加，后减小，再增加．(D) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零． ［ B ］7、如果两个偏振片堆叠在一起，且偏振化方向之间夹角为60°，光强为I 0的自然光垂直入射在偏振片上，则出射光强为(A) I 0 / 8． (B) I 0 / 4．(C) 3 I 0 / 8． (D) 3 I 0 / 4． ［ A ］8、使一光强为I 0的平面偏振光先后通过两个偏振片P 1和P 2．P 1和P 2的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角分别是α 和90°，则通过这两个偏振片后的光强I 是 (A)21I 0 cos 2α ． (B) 0． (C) 41I 0sin 2(2α)． (D) 41I 0 sin 2α ． (E) I 0 cos 4α ． ［ C ］9、光强为I 0的自然光依次通过两个偏振片P 1和P 2．若P 1和P 2的偏振化方向的夹角α＝30°，则透射偏振光的强度I 是(A) I 0 / 4．(B)3I 0 / 4． (C)3I 0 / 2． (D) I 0 / 8．(E) 3I 0 / 8． ［10、一束自然光自空气射向一块平板玻璃(如图)，设入射角等于布儒斯特角i 0，则在界面2的反射光(A) 是自然光．(B) 是线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面．(C) 是线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面．(D) 是部分偏振光． ［ B ］11、自然光以60°的入射角照射到某两介质交界面时，反射光为完全线偏振光，则知折射光为(A) 完全线偏振光且折射角是30°．(B) 部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为3的介质时，折射角是30°．(C) 部分偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射角．(D) 部分偏振光且折射角是30°． ［ D ］12、自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，反射光是(A) 在入射面内振动的完全线偏振光．(B) 平行于入射面的振动占优势的部分偏振光．(C) 垂直于入射面振动的完全线偏振光．(D) 垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光． ［ C ］13、某种透明媒质对于空气的临界角(指全反射)等于45°，光从空气射向此媒质时的布儒斯特角是(A) 35.3°． (B) 40.9°．(C) 45°． (D) 54.7°．(E) 57.3°． ［ D ］14、ABCD 为一块方解石的一个截面，AB 为垂直于纸面的晶体平面与纸面的交线．光轴方向在纸面内且与AB 成一锐角θ，如图所示．一束平行的单色自然光垂直于AB 端面入射．在方解石内折射光分解为o 光和e光，o 光和e 光的(A) 传播方向相同，电场强度的振动方向互相垂直． (B) 传播方向相同，电场强度的振动方向不互相垂直． (C) 传播方向不同，电场强度的振动方向互相垂直．(D) 传播方向不同，电场强度的振动方向不互相垂直． ［ C ］二、填空题1、要使一束线偏振光通过偏振片之后振动方向转过90°，至少需要让这束光通过_____块理想偏振片．答案：2D2、要使一束线偏振光通过偏振片之后振动方向转过90°，至少需要让这束光通过2块理想偏振片．在此情况下，透射光强最大是原来光强的 _________倍答案：1/43、一束自然光垂直穿过两个偏振片，两个偏振片的偏振化方向成45°角．已知通过此两偏振片后的光强为I ，则入射至第二个偏振片的线偏振光强度为________________．答案：2I4、两个偏振片叠放在一起，强度为I 0的自然光垂直入射其上，若通过两个偏振片后的光强为8/0I ，则此两偏振片的偏振化方向间的夹角(取锐角)是____________°。
答案：606、一束光垂直入射在偏振片P 上，以入射光线为轴转动P ，观察通过P 的光强的变化过程．若入射光是自然光或(和)圆偏振光光，则将看到__________________。
答案：光强不变7、一束光垂直入射在偏振片P 上，以入射光线为轴转动P ，观察通过P 的光强的变化过程．若入射光是__________________，则将看到明暗交替变化，有时出现全暗。
答案：线偏振光(完全偏振光)8、一束光垂直入射在偏振片P 上，以入射光线为轴转动P ，观察通过P 的光强的变化过程．若入射光是__________________，则将看到明暗交替变化，但不出现全暗。
答案：部分偏振光或椭圆偏振光9、用相互平行的一束自然光和一束线偏振光构成的混合光垂直照射在一偏振片上，以光的传播方向为轴旋转偏振片时，发现透射光强的最大值为最小值的5倍，则入射光中，自然光强I 0与线偏振光强I 之比为__________。
答案：1 / 211、两个偏振片堆叠在一起，其偏振化方向相互垂直．若一束强度为I 0的线偏振光入射，其光矢量振动方向与第一偏振片偏振化方向夹角为 / 4，则穿过两个偏振片后的光强为___________。
答案：013、如图所示的杨氏双缝干涉装置，若用单色自然光照射狭缝S ，在屏幕上能看到干涉条纹．若在双缝S 1和S 2的一侧分别加一同质同厚的偏振片P 1、P 2，则当P 1与P 2的偏振化方向相互______________时，在屏幕上仍能看到很清晰的干涉条纹．P 2P 1答案：平行或接近平行17、光强为I 0的自然光垂直通过两个偏振片后，出射光强I=I 0/8，则两个偏振片的偏振化方向之间的夹角为__________°。
答案：6022、一束自然光以布儒斯特角入射到平板玻璃片上，就偏振状态来说则反射光E矢量的振动方向___________。
答案：垂直于入射面23、一束自然光以布儒斯特角入射到平板玻璃片上，就偏振状态来说则透射光为__________。
答案：部分偏振光24、如果从一池静水(n ＝1.33)的表面反射出来的太阳光是线偏振的，那么太阳的仰角(见图)大致等于________________°。
水答案：3725、如果从一池静水(n ＝1.33)的表面反射出来的太阳光是线偏振的，在这反射光中的E 矢量的方向应____________。
水答案：垂直于入射面26、一束平行的自然光，以60°角入射到平玻璃表面上．若反射光束是完全偏振的，则透射光束的折射角是____________________________ 。
答案：3027、一束平行的自然光，以60°角入射到平玻璃表面上．若反射光束是完全偏振的，则玻璃的折射率为______________。
答案：1.7330、应用布儒斯特定律可以测介质的折射率.今测得此介质的起偏振角i 0＝56.0， 这种物质的折射率为__________。
答案：1.4831、某一块火石玻璃的折射率是1.65，现将这块玻璃浸没在水中（n=1.33）。
欲使从这块玻璃表面反射到水中的光是完全偏振的，则光由水射向玻璃的入射角应为__________°．答案：51.132、假设某一介质对于空气的临界角是45°，则光从空气射向此介质时的布儒斯特角是_________°。
答案：54.734、当一束自然光以布儒斯特角入射到两种媒质的分界面上时，就偏振状态来说反射光的振动方向__________于入射面．答案：垂直36、一束自然光自空气入射到折射率为1.40的液体表面上，若反射光是线偏振的，则折射光的折射角为______________°(保留到小数点后一位)．答案：35.537、当一束自然光在两种介质分界面处发生反射和折射时，若反射光为线偏振光，则折射光为____________偏振光。
答案：部分38、当一束自然光在两种介质分界面处发生反射和折射时，若反射光为线偏振光，则反射光线和折射光线之间的夹角为___________°．答案：9040、自然光以入射角57°由空气投射于一块平板玻璃面上，反射光为完全线偏振光，则折射角为_______°。
答案：3345、附图表示一束自然光入射到两种媒质交界平面上产生反射光和折射光．按图中所示的各________光。
答案：部分偏振46、附图表示一束自然光入射到两种媒质交界平面上产生反射光和折射光．按图中所示的各i0称为____________角．答案：布儒斯特49、在光学各向异性晶体内部有一确定的方向，沿这一方向寻常光和非常光的____________相等，这一方向称为晶体的光轴．答案：传播速度50、在光学各向异性晶体内部有一确定的方向，只具有一个光轴方向的晶体称为__________晶体．答案：单轴51、光的干涉和衍射现象反映了光的________性质答案：波动52、光的偏振现像说明光波是________波．答案：横53、一束光线入射到单轴晶体后，成为两束光线，沿着不同方向折射．这样的现象称为双折射现象．其中一束折射光称为寻常光，它______________________定律。