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      光的偏振現(xiàn)象演示儀

      2013-12-01 01:55:28譚曉春祝云峰曲勝艷
      物理實(shí)驗(yàn) 2013年3期
      關(guān)鍵詞:云母片偏振片光波

      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 長春130117;2.東北師大附中凈月實(shí)驗(yàn)學(xué)校,吉林 長春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“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)能透過偏振片,成為偏振光,如圖1(a)所示;偏振光再次經(jīng)過偏振片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,打開電源.當(dāng)2個(gè)偏振片的透振方向平行時(shí),相對光照強(qiáng)度最強(qiáng),慢慢旋轉(zhuǎn)其中一偏振片,可見光照強(qiáng)度逐漸減弱,轉(zhuǎn)過90°角時(shí),相對光照強(qiáng)度最弱(如圖4所示);繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),可見光照強(qiáng)度又逐漸增強(qiáng),轉(zhuǎn)過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]于國萍,王曉峰.偏振圖像的研究[J].物理實(shí)驗(yàn),2009,29(7):38-39,42.

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