高中物理 5.3 光的偏振 1（鲁科版选修3-4）

欢迎进入物理课堂 第3节光的偏振 1 引入 在纵波中 振动方向总是跟波的传播方向在同一直线上 在横波中 振动方向总是垂直于波的传播方向 但不同的横波 振动方向可以不同 例如一列横波沿水平方向传播 质点在竖直平面内可能沿着上下方向振动 也可能沿着左右方向振动 也可能沿着任何其他方向振动 当然 对于一个确定的横波 它的振动方向是确定的 2 实验 取一根软绳 一端固定在墙上 手持另一端上下抖动 就在软绳上形成一列横波 现在 让软绳穿过一块带有狭缝的木板 如果狭缝与振动方向平行 则振动可以通过狭缝传到木板的另一侧 图甲 如果狭缝与振动方向垂直 则振动就被狭缝挡住而不能向前传播 图乙 如果将这根绳换成细软的弹簧 前后推动弹簧形成纵波 则无论狭缝怎样放置 弹簧上的纵波都可以通过狭缝传播到木板的另一侧 如下图 受上面实验的启发 我们可以利用类似的实验来判断光波是横波还是纵波 偏振片由特定的材料制成 它上面有一个特殊的方向 叫做透振方向 只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片 偏振片对光波的作用就像上图中的狭缝对于机械波的作用一样 现在利用偏振片代替上面的带有狭缝的木板 来做光学实验 当只有一块偏振片时 以光的传播方向为轴旋转偏振片 透射光的强度不变 当两块偏振片的透振方向平行时 透射光的强度最大 但是 比通过一块偏振片时要弱 当两块偏振片的透振方向垂直时 透射光的强度最弱 几乎为零 3 产生上述现象的原因 1 太阳 电灯等普通光源发出的光 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 这种光叫做自然光 2 自然光通过第一个偏振片 叫做起偏器 之后 只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过 也就是说 通过第一个偏振片的光波 在垂直于传播方向的平面上 只沿着一个特定的方向振动 这种光叫做偏振光 横波只沿着某一个特定的方向振动 称为波的偏振 只有横波才有偏振现象 3 通过第一个偏振片的偏振光再通过第二个偏振片 称为检偏器 时 如果两个偏振片的透振方向平行 那么 通过第一个偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向平行 透射光的强度最大 4 如果两个偏振片的透振方向垂直 那么 偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向垂直 偏振光不能通过第二个偏振片 透射光的强度为零 所以 光是一种横波 下一章我们会知道 光是电磁波 电磁波是横波 电磁波中电场强度E和磁感应强度B的振动方向都与电磁波的传播方向垂直 实验指出 光波的感光作用和生理作用等主要是由电场强度E所引起的 因此常将E的振动称为光振动 在与光波传播方向垂直的平面内 光振动的方向可以沿任意的方向 光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光 光振动沿着特定方向的光就是偏振光 4 偏振现象的应用 光的偏振现象并不罕见 除了从光源 如太阳 电灯等 直接发出的光以外 我们通常看到的绝大部分光 都是偏振光 自然光射到两种介质的界面上 如果光入射的方向合适 使反射光与折射光之间的夹角恰好是90 这时 反射光和折射光就都是偏振的 并且偏振方向互相垂直 光的偏振现象有很多应用 如在拍摄日落时水面下的景物 池中的游鱼 玻璃橱窗里的陈列物的照片时 由于水面或玻璃表面的反射光的干扰 常使景像不清楚 如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片 让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直 就可以减弱反射光而使景像清晰 偏振现象的应用 拍摄 液晶显示器是一个由上下两片导电玻制成的液晶盒 盒内充有液晶 四周用密封材料 胶框密封 盒的两个外侧贴有偏光片 偏振现象的应用 液晶显示 偏振现象的应用 液晶显示 如果有光线进入 通过第一个偏振片后 将被液晶分子逐渐改变偏振方向 由于光线沿着分子排列的方向传播 光线最终将从另一端射出 如果两玻璃板之间加上电压 分子排列方向将与电场方向平行 光线由于不能扭转将不会通过第二个极板 液晶显示器就是利用这一特性 在上下两片栅栏相互垂直的偏光板之间充满液晶 利用电场控制液晶的转动 不同的电场大小就会形成不同的灰阶亮度 偏振现象的应用 液晶显示 1 汽车车灯汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时 为了避免双方车灯的眩目 司机都关闭大灯 只开小灯 放慢车速 以免发生车祸 如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片 而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45度角 那么 司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光 而看不到对面车灯的光 这样 汽车在夜间行驶时 即不要熄灯 也不要减速 可以保证安全行车 另外 在阳光充足的白天驾驶汽车 从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光 常会使眼睛睁不开 由于光是横波 所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的 因此 只需带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光 2 观看立体电影 在拍摄立体电影时 用两个摄影机 两个摄影机的镜头相当于人的两只眼睛 它们同时分别拍下同一物体的两个画像 放映时把两个画像同时映在银幕上 如果设法使观众的一只眼睛只能看到其中一个画面 就可以使观众得到立体感 为此 在放映时 两个放放像机每个放像机镜头上放一个偏振片 两个偏振片的偏振化方向相互垂直 观众戴上用偏振片做成的眼镜 左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同 右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同 这样 银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观察 在人的脑海中就形成立体化的影像了 3 生物的生理机能与偏振光人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的 但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感 比如蜜蜂有五支眼 三支复眼 两支复眼 每个复眼包含有6300个小眼 这些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位 然后以太阳为定向标来判断方向 所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛 再如在沙漠中 如果不带罗盘 人是会迷路的 但是沙漠中有一种蚂蚁 它能利用天空中的紫外偏光导航 因而不会迷路 例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度 在旋转过程中 将会产生下述的哪一种现象 A 透过偏振片的光强先增强 然后又减少到零B 透过偏振片的光强光增强 然后减少到非零的最小值C 透过偏振片的光强在整个过程中都增强D 透过偏振片的光强先增强 再减弱 然后又增强 分析 起偏器和检偏器的偏振方向垂直时 没有光通过 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度的过程中 两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直 所以通过的光先增强 又减小到零 选项A正确 小结 光波是一种横波 偏振光会发生偏振现象 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全