譚曉春，祝云峰，曲勝艷

（1.吉林省高中物理譚曉春名師工作室，吉林 長(zhǎng)春130117；2.東北師大附中凈月實(shí)驗(yàn)學(xué)校，吉林 長(zhǎng)春130117）

1 引 言

由于光的偏振現(xiàn)象在生產(chǎn)、生活、科技等方面已經(jīng)有廣泛運(yùn)用，所以高中物理人教版教材選修3-4第13章第6節(jié)對(duì)“光的偏振”做了介紹.這節(jié)課的目的是讓高中學(xué)生了解什么是光的偏振，知道偏振是區(qū)分橫波和縱波的重要依據(jù)，并由光波的偏振現(xiàn)象判定出光波是橫波，了解光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用.要理解本節(jié)課的內(nèi)容，做好2個(gè)演示實(shí)驗(yàn)是關(guān)鍵，也是本節(jié)教學(xué)的突破口.但限于高中物理實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有光的偏振演示儀，學(xué)生很難感受和觀察到光的偏振現(xiàn)象，只能用繩波偏振演示實(shí)驗(yàn)?zāi)M光的偏振，高中生只能靠想象分析光偏振，為此筆者制作了簡(jiǎn)單易做、現(xiàn)象明顯的適用高中課堂教學(xué)的光的偏振演示儀.

2 光的偏振演示儀的原理

光波中引起視覺(jué)的決定因素是電偏振矢量E，在光波中的電振動(dòng)矢量E和磁振動(dòng)矢量H都與傳播速度v垂直.自然光是包括一切振動(dòng)方向的光，當(dāng)光波通過(guò)偏振片P（起偏器）以后只有與偏振方向平行的光（電振動(dòng)矢量E）能透過(guò)偏振片，成為偏振光，如圖1（a）所示；偏振光再次經(jīng)過(guò)偏振片Q（檢偏器）后，如果檢偏器Q的透振方向與E平行，則偏振光可通過(guò)檢偏器Q，如圖1（b）所示；如果檢偏器Q的透振方向與E垂直，則偏振光完全不能透過(guò)檢偏器Q，如圖1（c）所示.如果檢偏器Q的透振方向與E成任意夾角，則只有E平行于檢偏器Q的透振方向光通過(guò)檢偏器.

圖2 演示光的偏振現(xiàn)象的示意圖

3 光的偏振演示儀的制作

1）有機(jī)玻璃板1塊，偏振片（高分子化合物聚乙烯醇薄膜）、云母片、手柄、固定軸、金屬網(wǎng)、燈帶、電源盒、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)等.

2）把機(jī)玻璃板切割成3個(gè)直徑是400mm的圓，邊緣打磨光滑，圓心打出直徑8mm孔.金屬網(wǎng)割成直徑是360mm圓，偏振片割成2個(gè)直徑360mm的圓片，把云母片分成4快（可設(shè)計(jì)成不同形狀或圖案，云母片切割極時(shí)易碎，所以要小心切割）.

3）在一片有機(jī)玻璃片上粘金屬網(wǎng)，在另一片有機(jī)玻璃上貼1片偏振片如圖2（a）所示，作為起偏器.四周粘上燈帶連好電路，把2個(gè)有機(jī)玻璃固定在手柄和固定軸上，固定好電源和開(kāi)關(guān)，背面如圖2（b）所示，側(cè)面如圖2（c）所示.

圖2 制作起偏器的實(shí)物圖

4）在起偏器上粘4塊云母片，如圖3所示.

圖3 在起偏器上粘云母片

5）把第3塊有機(jī)玻璃板貼偏振片（作為檢偏器）套在固定軸上，用螺母固定.

4 使用方法

取出裝置，打開(kāi)電源.當(dāng)2個(gè)偏振片的透振方向平行時(shí)，相對(duì)光照強(qiáng)度最強(qiáng)，慢慢旋轉(zhuǎn)其中一偏振片，可見(jiàn)光照強(qiáng)度逐漸減弱，轉(zhuǎn)過(guò)90°角時(shí)，相對(duì)光照強(qiáng)度最弱（如圖4所示）；繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，可見(jiàn)光照強(qiáng)度又逐漸增強(qiáng)，轉(zhuǎn)過(guò)180°光強(qiáng)又恢復(fù)到最大.如此每轉(zhuǎn)90°交替變化1次.

圖4 起偏器與檢偏器狹縫改變時(shí)的實(shí)物圖

5 拓 展

該演示儀還能演示色偏振現(xiàn)象.圖4中的幾個(gè)簡(jiǎn)單的小圖案是粘在起偏器上的云母片，用于演示色偏振.云母是一種天然的雙折射晶體，將云母片放于起偏器和檢偏器之間時(shí)，會(huì)發(fā)生偏振光干涉，白光照射時(shí)將產(chǎn)生色偏振現(xiàn)象，云母片足夠厚時(shí)會(huì)形成美麗的彩色圖案.

感謝東北師范大學(xué)物理學(xué)院對(duì)儀器加工制作提供大力支持！

［1］姚啟鈞.光學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［2］管永軍，金武，牛小寧.3D偏振演示實(shí)驗(yàn)［J］.物理實(shí)驗(yàn)，2011，31（12）：1-3，7.

［3］于國(guó)萍，王曉峰.偏振圖像的研究［J］.物理實(shí)驗(yàn)，2009，29（7）：38-39，42.