1 实验27 光的偏振
一、实验目的
1、观察光的偏振现象，加深对光的偏振的理解。
2、了解偏振光的产生及其检验方法。
3、观测布儒斯特角，测定玻璃折射率。
4、观测椭圆偏振光与圆偏振光。
5、了解1/2波片和1/4波片的用途。
二、实验原理
1、光的偏振状态
光是电磁波，它是横波。通常用电矢量E表示光波的振动矢量。
(1)自然光 其电矢量在垂直于传播方向的平面内任意取向，各个方向的取向概率相等，所以在相当长的时间里（10-5秒已足够了），各取向上电矢量的时间平均值是相等的，这样的光称为自然光，如图27-l所示。
(2)平面偏振光 电矢量只限于某一确定方向的光，因其电矢量和光线构成一个平面而称其为平面偏振光。如果迎着光线看，电矢量末端的轨迹为一直线，所以平面偏振光也称为线偏振光，如图27-2所示。
(3)部分偏振光 电矢量在某一确定方向上较强，而在和它正交的方向上较弱，这种光称为部分偏振光，如图27-3所示。部分偏振光可以看成是线偏振光和自然光的混合。
(4)椭圆偏振光 迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一椭圆，这样的光称为椭圆偏振光。椭圆偏振光可以由两个电矢量互相垂直的、有恒定相位差的线偏振光合成得到。
(5)圆偏振光 迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一个圆，则这样的光称为圆偏振光。圆偏振光可视为长、短轴相等的椭圆偏振光。
图27-4 椭圆偏振光 2 2、布儒斯特定律
反射光的偏振与布儒斯特定律
如图27-5所示，光在两介质（如空气和玻璃片等）界面上，反射光和折射光（透射光）都是部分偏振光。当反射光线与折射光线的夹角恰为90°时，反射光为线偏振光，其电矢量振动方向垂直于入射光线与界面法线所决定的平面（入射面）。此时的透射光中包含平行于入射面的偏振光的全部以及垂直于入射面的偏振光的其余部分，所以透射光仍为部分偏振光。由折射定律很容易导出此时的入射角满足关系
12tannn (27-1)
光的衍射 光的偏振 激光
考点一 光的衍射
1．如图四个图样中哪个是泊松亮斑(
)
B [泊松亮斑为光绕过不透光的圆盘而在圆盘阴影中心形成的一个亮斑，其图样周围还有明暗相间的圆环，故选项B正确．题图A小孔较大，没发生明显的衍射．题图D小孔较小，发生了小孔衍射．题图C为干涉条纹．]
2．(多选)抽制细丝时可用激光监控其粗细，激光束越过细丝时产生条纹的规律和激光束通过遮光板的同样宽度的窄缝时产生条纹的规律相同，则下列选项正确的是( )
A．这是利用光的干涉现象
B．这是利用光的衍射现象
C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了
D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了
BD [由于是激光束越过细丝，也就是通过障碍物，所以这是利用光的衍射现象，A错误，B正确；当细丝较细时，细丝的直径比较接近激光的波长，衍射现象会较明显，条纹宽度会更宽一些，C错误，D正确．]
3．(多选)下列选项正确的有( )
A．增加光栅的狭缝的个数，亮条纹变窄
B．增加光栅的狭缝的个数，亮条纹变宽
C．增加光栅的狭缝的个数，条纹亮度变暗
D．增加光栅的狭缝的个数，条纹亮度变亮 AD [根据光栅特点可知选项A、D正确．]
4．某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是(
)
A B C D
B [根据衍射条纹的特点进行判断，光的衍射条纹与狭缝平行，且中间宽、两边窄，不等间距，故B项正确，A、C、D项错误．]
考点二 光的偏振
5．如图所示，让太阳光(自然光)通过M上的小孔S后照射到M右方的偏振片P上，P的右侧再放一光屏Q，现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周，则关于光屏Q上的亮度变化情况，下列选项中正确的是(
)
A．只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮，其他位置时光屏上无亮光
B．光屏上亮度基本不变
1 大学物理——光的偏振
章节名称 第十九章 光的偏振 教师姓名 王晓勇
教学目的 （1） 了解光的几种偏振态以及椭圆偏振光的获得
（2） 掌握线偏振光获得和检验
（3） 掌握马吕斯定律
（4） 掌握折射光与反射光的偏振特点
教学内容 （1） 光的几种偏振态以及椭圆偏振光的获得
（2） 线偏振光的获得和检验
（3） 马吕斯定律
（4） 折射光与反射光的偏振特点
教学重点 （1） 光的起偏、检偏及其光强的变化规律
（2） 马吕斯定律
教学手段 口授、板书、插图、多媒体
教学方法 用插图结合动画，直观地介绍偏振光的几种偏振态及其特征，顺序引出几种偏振光的产生和检验。
教学内容 教学设计
光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性，还不能确定光是横波还是纵波。
问题：光是横波还是纵波？
偏振现象是横波最有力的实验证据，横波的振动方向对传播方向没有对称性，振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象。光波是电磁波，电振动矢量和磁振动矢量都与传播速度垂直，因此，光波是横波，具有偏振性。在光和物质相互作用的过程中，主要起作用的光波的电场强度矢量，称为光波的光矢量。 ★光的偏振的引入，如果在第十七章前面讲解，先应介绍光学的历史和光源的发光机理。
一、概念：
偏振态：光矢量的某一确定的振动状态称为光的一种偏振态
光矢量：电磁波中的电场E分量称为光矢量
偏振面：光矢量与光传播方向决定的平面，称为光的偏振面 ★介绍基本概念，便于后面讲解
二、常见偏振态及特征
★用插图、动画动态讲解光的几种偏振态
偏振光 完全偏振光
部分偏振光 线偏振光
椭圆偏振光
圆偏振光 自然光 2 教学内容 教学设计
(1).线偏振光(平面偏振光)
定义：光矢量在一固定平面内沿一固定方向振动的偏振光
特征：偏振面为一固定平面
如图19-1所示
(2).自然光定义：大量原子随机发射的光波列的集合，每个光波列的频率、相位、
1 光的衍射 光的偏振
一、光和衍射┄┄┄┄┄┄┄┄①
1．光的衍射现象
(1)概念：
光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时， 光没有沿直线传播，而是绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象。
(2)典型衍射及现象
①单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹；
②圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时在屏幕上会出现明暗相间的圆环；
③泊松亮斑：各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。
2．产生明显衍射现象的条件
在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还要小的时候，就会出现明显的衍射现象。
3．光的衍射现象和光的直线传播的关系
光的直线传播只是一个近似的规律，当光的波长比障碍物或小孔小得多时，光可以看成沿直线传播；在孔或障碍物尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还要小时，衍射现象就十分明显。
4．衍射光栅
(1)衍射光栅的结构：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器。
(2)衍射图样的特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。
(3)衍射光栅的种类：反射光栅、透射光栅。
[说明]
(1)对于单缝衍射：缝越窄，中央亮条纹越宽，条纹间距越大，衍射现象越明显。
(2)衍射是波特有的一种现象。
①[判一判]
1．白光通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光，是光的衍射现象(×)
2．菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象(×)
3．隔着帐幔看远处的灯，看到灯周围辐射彩色的光芒，是光的干涉现象(×)
4．衍射光栅的图样与单缝衍射相比，衍射条纹的亮度增加，宽度变宽(×)
二、光的偏振┄┄┄┄┄┄┄┄②
1．偏振现象 2 (1)自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同。
