適度融合學(xué)史，巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

石睿

摘 要：以《光的偏振》的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，闡述了以物理學(xué)史為線索，如何在高中物理教學(xué)內(nèi)容中滲透物理實(shí)驗(yàn)，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的過(guò)程。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)史；光的偏振；偏振片

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）10（S）-0076-5

【教材內(nèi)容】

本課使用教材為“魯科版”《物理》選修（3-4）中第五章第3節(jié)。

【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】

（1）重點(diǎn)：理解什么是偏振，認(rèn)識(shí)光是橫波；

（2）難點(diǎn)：偏振現(xiàn)象的理解與分析。

【教學(xué)策略】

（1）挖掘史實(shí)，充分發(fā)揮物理學(xué)史在課堂中的積極作用

本課沿著歷史的線索，從光的本性之爭(zhēng)說(shuō)起，到關(guān)于光是橫波還是縱波的思考，再到馬呂斯發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象（光的偏振現(xiàn)象）與光的縱波說(shuō)的矛盾，最后麥克斯韋電磁波理論的提出，光的橫波說(shuō)得到相對(duì)圓滿的說(shuō)明。本課前半部分完整而簡(jiǎn)要地展現(xiàn)出歷史上光的偏振發(fā)現(xiàn)和解釋的過(guò)程。用一個(gè)個(gè)真實(shí)的歷史之問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生思考，在歷史人物與歷史事件的陪伴下，逐漸讓學(xué)生認(rèn)識(shí)光的偏振現(xiàn)象并理解它與橫波之間的聯(lián)系。

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)力求用材簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯

本課內(nèi)容考試要求不高，但偏振現(xiàn)象在生活中并不少見(jiàn)。要讓學(xué)生上完這節(jié)課有所收獲，則要運(yùn)用多種教學(xué)手段提高學(xué)生的內(nèi)部動(dòng)機(jī)。提高內(nèi)部動(dòng)機(jī)的策略有：激發(fā)興趣、保持好奇心、使用大量有趣的呈現(xiàn)方式等。其中設(shè)計(jì)好演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生實(shí)驗(yàn)是物理課堂常用且好用的激發(fā)興趣的方法。本課設(shè)計(jì)了兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)、三個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)力求用材簡(jiǎn)單且現(xiàn)象明顯、對(duì)比強(qiáng)烈。

（3）注意在概念教學(xué)后創(chuàng)設(shè)各種情境

引導(dǎo)學(xué)生在解決新的問(wèn)題中對(duì)已學(xué)過(guò)或剛學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行遷移，當(dāng)堂掌握本節(jié)課內(nèi)容，不增加課下負(fù)擔(dān)。

【教學(xué)流程圖】（圖1）

圖1 教學(xué)流程

【教學(xué)過(guò)程】

一、實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入（8min）

演示實(shí)驗(yàn)1：反射光偏振

（如圖2，教室一側(cè)的窗戶用窗簾遮住，留下一塊窗戶透光。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)站在該窗口，攝像頭與其他同學(xué)分居玻璃兩側(cè)。投影畫面中其他同學(xué)與該同學(xué)的像重合在一起，主要看到這個(gè)同學(xué)。轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，該同學(xué)的像消失不見(jiàn)！學(xué)生們感到意外與神奇。）

圖2 演示實(shí)驗(yàn)儀器排布圖示

師：這個(gè)同學(xué)的“魅影”消失不見(jiàn)與攝像頭前裝的灰色“玻璃”有關(guān)。

（通過(guò)投影機(jī)，讓學(xué)生觀察這個(gè)灰色“玻璃”是透光的。）

【設(shè)計(jì)意圖：這是本課第一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，力求有好的演示效果，一炮打響。課前教師通過(guò)反復(fù)調(diào)整玻璃的角度與攝像頭位置，把窗戶的反射光消除得比較徹底。課堂效果好?！?/p>

演示實(shí)驗(yàn)2：液晶顯示屏偏振

（如圖2，講臺(tái)上放著一個(gè)正常工作的電腦顯示屏，朝向?qū)W生。把攝像頭上的偏振片取下放在液晶屏前，觀察現(xiàn)象。為了演示效果更好，再更換一塊30cm×30cm的大塊偏振片，在液晶屏前轉(zhuǎn)動(dòng)大塊偏振片，學(xué)生看到偏振片在全黑與透光間轉(zhuǎn)變，展現(xiàn)明顯的偏振現(xiàn)象。）

師：這些神奇的現(xiàn)象背后有什么道理？讓我們從18世紀(jì)說(shuō)起。

二、沿著歷史線索，認(rèn)識(shí)偏振與光的偏振 （8min）

（進(jìn)入歷史）

回顧光的本性的爭(zhēng)論

師：整個(gè)18世紀(jì)，關(guān)于光是什么的爭(zhēng)論，一直是牛頓支持的粒子說(shuō)占上風(fēng)。直到1801年，托馬斯·楊進(jìn)行了雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，并用惠更斯的波動(dòng)理論解釋了干涉現(xiàn)象并觀察到了干涉這一波現(xiàn)象，光的波動(dòng)說(shuō)才有所抬頭，得到復(fù)興。

光的縱波說(shuō)

師：光到底是橫波，還是縱波？當(dāng)時(shí)波動(dòng)說(shuō)的支持者們受到機(jī)械波傳播需要介質(zhì)的影響，認(rèn)為光波的傳播也需要介質(zhì)，既然光能在整個(gè)宇宙?zhèn)鞑ィ@種介質(zhì)也應(yīng)該充滿整個(gè)宇宙，稱之為“以太”。但是因?yàn)橛^察不到以太對(duì)天體運(yùn)行的影響，人們就把以太設(shè)定為是極其稀薄的氣狀物質(zhì)。由于氣體中只能傳播縱波，就像空氣中傳播的聲波是縱波，那么在以太中傳播的光，應(yīng)該也是縱波！他們用縱波論解釋了很多光學(xué)現(xiàn)象。

縱波說(shuō)遇到的挑戰(zhàn)——馬呂斯發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象

師：但幾年后，波動(dòng)說(shuō)受到了一個(gè)挑戰(zhàn)。

1808年的一個(gè)傍晚，法國(guó)的工程師馬呂斯在自己家里無(wú)意中通過(guò)一塊冰洲石觀看玻璃窗所反射的落日的像，轉(zhuǎn)動(dòng)冰州石時(shí)偶然看到了與我們之前看到的反射像變化相類似的現(xiàn)象。

這種新的光學(xué)現(xiàn)象怎么用波動(dòng)說(shuō)解釋呢？光的縱波說(shuō)在此遇到了極大的困難，馬呂斯（圖3）本人也是光的微粒說(shuō)的支持者，他用這個(gè)現(xiàn)象攻擊光的波動(dòng)說(shuō)。

圖3 馬呂斯

為什么光的縱波說(shuō)無(wú)法解釋這個(gè)現(xiàn)象？

【設(shè)計(jì)意圖：歷史上物理學(xué)的發(fā)展與現(xiàn)在學(xué)生的思考進(jìn)展是有一定程度相似的。歷史上光的偏振現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)動(dòng)搖了波動(dòng)說(shuō)。為什么二者之間存在矛盾？用真實(shí)的歷史之問(wèn)激發(fā)、保持學(xué)生的好奇心，使之具有更強(qiáng)的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，并自然過(guò)渡到橫、縱波的知識(shí)回顧，保持教學(xué)的流暢性?！?/p>

（離開歷史）

偏振現(xiàn)象是橫波與縱波最大的區(qū)別

師：（提問(wèn)1）什么是橫波，什么是縱波？

生：橫波——波的振動(dòng)方向與波傳播方向相互垂直的波；縱波——波的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線上的波。

師：（提問(wèn)2）橫、縱波振動(dòng)方向的不同，會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果？

假想有一列繩波從左往右傳播，如果在波傳播方向上有一個(gè)關(guān)卡——狹縫（如圖4）。（提問(wèn)3）怎么放置才能讓繩波順利傳播下去？

圖4 PPT截圖2

生：狹縫的方向與波振動(dòng)的方向一致。如果沿其它的方向放置狹縫，繩波就不能繼續(xù)傳播下去。

師：狹縫就像一個(gè)門衛(wèi)，當(dāng)繩波的振動(dòng)方向與狹縫方向相同時(shí)，波才能夠保持原樣通過(guò)，這個(gè)狹縫的方向稱為透振方向。而波的這種現(xiàn)象稱為偏振現(xiàn)象。

師：（提問(wèn)4）對(duì)于縱波，有沒(méi)有偏振現(xiàn)象？如果是一列縱波要通過(guò)狹縫，會(huì)怎么樣？

生：不管怎么放置狹縫，縱波都能夠通過(guò)。

師：所以偏振是橫波特有的現(xiàn)象。

【設(shè)計(jì)意圖：由學(xué)過(guò)的橫、縱波知識(shí)出發(fā)，通過(guò)問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)遷移，發(fā)現(xiàn)橫、縱波在偏振現(xiàn)象上的區(qū)別。】

偏振現(xiàn)象的本質(zhì)

師：為什么橫、縱波振動(dòng)方向的不同會(huì)導(dǎo)致這種差異？

（給學(xué)生思考、討論時(shí)間）

師：歸根到底，偏振現(xiàn)象體現(xiàn)了一種不對(duì)稱性。對(duì)于縱波來(lái)說(shuō)，在傳播方向確定的情況下，振動(dòng)方向只有一種，振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向?qū)ΨQ。而對(duì)于橫波來(lái)說(shuō)，在波傳播方向確定的情況下，振動(dòng)方向要滿足垂直于傳播方向，有無(wú)數(shù)種可能性。但對(duì)于一列確定的橫波，它的振動(dòng)方向確定，是在這無(wú)數(shù)多種方向中挑一種，振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向不對(duì)稱。偏振現(xiàn)象是橫波與縱波最明顯的區(qū)別。

【設(shè)計(jì)意圖：這個(gè)問(wèn)題的答案學(xué)生無(wú)法輕易得到，但為了學(xué)生幫助對(duì)偏振現(xiàn)象的深入理解，有必要點(diǎn)出造成偏振現(xiàn)象的邏輯原因?？蛇@個(gè)環(huán)節(jié)并不是本課重點(diǎn)，所以此處點(diǎn)到為止，相信不理解的但對(duì)偏振有興趣的學(xué)生會(huì)在課后思考?！?/p>

認(rèn)識(shí)光的偏振現(xiàn)象

師：光有沒(méi)有偏振現(xiàn)象？

生：我們剛才看到轉(zhuǎn)動(dòng)介質(zhì)片到不同的角度時(shí)，透射光強(qiáng)度不同，這就是一種不對(duì)稱性，是光的偏振現(xiàn)象。

師：如果光是縱波，不論冰洲石怎么轉(zhuǎn)動(dòng)都不會(huì)影響到光的傳播，不可能觀察到偏振現(xiàn)象。所以馬呂斯觀察到的偏振現(xiàn)象用光的縱波說(shuō)是無(wú)法解釋的！

（進(jìn)入歷史）

馬呂斯怎么用粒子說(shuō)解釋光的偏振現(xiàn)象

師：馬呂斯是粒子說(shuō)的支持者，他甚至用粒子說(shuō)較好的解釋了偏振現(xiàn)象：他把光想成是一個(gè)個(gè)長(zhǎng)條形或橢球形指向不同的粒子，當(dāng)介質(zhì)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候沿某個(gè)特殊指向的粒子才能通過(guò)。因此介質(zhì)轉(zhuǎn)到不同的方向，透過(guò)的光不同。

從托馬斯·楊的堅(jiān)持到光的偏振現(xiàn)象的完美解釋

師：波動(dòng)說(shuō)遇到了很大的障礙。但托馬斯·楊面對(duì)困難并沒(méi)有動(dòng)搖自己的科學(xué)信念，他寫信給馬呂斯說(shuō)：“您的實(shí)驗(yàn)證明了我采用的理論（即干涉理論）有不足之處，但是這些實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有證明它是虛偽的?！苯?jīng)過(guò)幾年的研究，托馬斯·楊逐漸領(lǐng)悟到如果用橫波的概念來(lái)代替縱波，那么就可以用光的波動(dòng)說(shuō)對(duì)馬呂斯的發(fā)現(xiàn)做出當(dāng)時(shí)最圓滿的解釋。但這又與光是在以太中傳播的機(jī)械波的假設(shè)不相容。

【設(shè)計(jì)意圖：現(xiàn)今看來(lái)唾手可得的結(jié)論在物理學(xué)史上也歷經(jīng)波折，不以對(duì)錯(cuò)論英雄，尊重每一個(gè)科學(xué)家的堅(jiān)持與勞作。】

師：這個(gè)矛盾直到幾十年以后麥克斯韋與赫茲的工作證明了光是一種電磁波，光的橫波說(shuō)才得以完滿的說(shuō)明。

師：所以，偏振現(xiàn)象是光是橫波的表現(xiàn)。我們這節(jié)課就來(lái)說(shuō)說(shuō)光的偏振。

（離開歷史）

【設(shè)計(jì)意圖：在課堂上引用史實(shí)，有增強(qiáng)趣味性與人文氣息等等諸多好處，但并不等于全盤搬進(jìn)課堂。大部分概念的形成進(jìn)程在歷史上是緩慢的、漸變的、曲折的，如果如實(shí)搬進(jìn)課堂反倒會(huì)增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)。如何說(shuō)好歷史又講清概念需要教師進(jìn)行一定的取舍與合理的安排。

因此對(duì)于偏振概念的介紹環(huán)節(jié)，筆者通過(guò)提問(wèn)學(xué)生：“為什么說(shuō)光的縱波說(shuō)無(wú)法解釋這個(gè)現(xiàn)象呢？讓我們回憶回憶橫波與縱波?！睂⑦@塊內(nèi)容拉離歷史，介紹清楚后再通過(guò)提問(wèn)讓學(xué)生判斷馬呂斯發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象屬不屬于偏振現(xiàn)象，提示學(xué)生遷移剛學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)的同時(shí)自然的回歸歷史，兩進(jìn)兩出，試將物理學(xué)史合理、適度、自然的融入課堂教學(xué)中?！?/p>

三、認(rèn)識(shí)偏振片（5min）

光振動(dòng)與偏振片

師：電磁波中振動(dòng)的是什么？

生：電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與方向發(fā)生周期性變化。

師：其中引起視覺(jué)的是電矢量。所以我們把電矢量作為光波中振動(dòng)矢量的代表。

師：在實(shí)驗(yàn)中我們使用的介質(zhì)片與普通玻璃不同，叫做偏振片。它由特殊的材料制成，每個(gè)偏振片都有一個(gè)特定的方向，只有沿著這個(gè)方向的光振動(dòng)才能順利通過(guò)偏振片，而與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)都被吸收了，這個(gè)方向叫做偏振片的透振方向。偏振片對(duì)于光就像是狹縫對(duì)于繩波，只不過(guò)偏振片上的透振方向直接用眼睛是看不到的。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)1：使用單個(gè)偏振片

師：大家取桌上的一個(gè)偏振片轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，能否觀察到偏振現(xiàn)象？（一人一片）

生：沒(méi)有。不管怎么轉(zhuǎn)，看到的亮度都沒(méi)有什么變化。

師：為什么呢？

【設(shè)計(jì)意圖：同樣是轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生實(shí)驗(yàn)卻看到了截然不同的現(xiàn)象，設(shè)疑激趣。】

四、自然光與偏振光（12min）

什么是自然光

師：這是因?yàn)槠胀ǖ娜展?、燈光和液晶屏發(fā)出的光不同。

任何普通光源（燈、燭、太陽(yáng)）都是由大量分子、原子組成的，它們發(fā)出的光是這些原子、分子發(fā)光的總和。而各個(gè)原子的發(fā)光過(guò)程都是隨機(jī)的、彼此沒(méi)有關(guān)聯(lián)的?？赡芤粋€(gè)原子發(fā)出的光在x軸方向振動(dòng)，而另一個(gè)又在y軸方向，各個(gè)原子發(fā)出的光的振動(dòng)方向是雜亂無(wú)章的。

師：這樣的話，宏觀來(lái)看普通光源發(fā)出的光有什么特點(diǎn)？

生：在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿各個(gè)方向的振動(dòng)都有。

師：很好。并且沒(méi)有哪個(gè)方向比哪個(gè)方向更優(yōu)越，各個(gè)方向都是均衡的，各個(gè)方向的振動(dòng)是均勻?qū)ΨQ分布的。具有這種特點(diǎn)的光稱為自然光。

什么是偏振光

師：現(xiàn)在你們知道為什么轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)偏振片看不到光強(qiáng)變化的效果了嗎？

（分別提問(wèn)單個(gè)學(xué)生）

提問(wèn)1：讓自然光通過(guò)一個(gè)偏振片，會(huì)怎么樣？

生：只剩下沿著透振方向的振動(dòng)。

師：這種只包含單一振動(dòng)方向的光叫做線偏振光。自然界中并不是除了自然光就是線偏振光，其實(shí)介于二者之間的還有部分偏振光（各個(gè)方向振動(dòng)都有但振幅不是相同）、圓偏振光、橢圓偏振光等，只是高中階段對(duì)這些不做研究。

提問(wèn)2：轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片為什么透射光的亮度沒(méi)有變化？

生：因?yàn)殡m然偏振片透振方向在轉(zhuǎn)動(dòng)，但因?yàn)樽匀还庠诿總€(gè)方向的振動(dòng)強(qiáng)度都是一樣，所以沒(méi)有光強(qiáng)的變化。

提問(wèn)3：以自然光為光源，如果想看到透射光強(qiáng)度變化的現(xiàn)象要怎么辦呢？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：使用兩個(gè)偏振片觀察自然光的偏振現(xiàn)象

生：使用兩個(gè)偏振片，一個(gè)不動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)另一個(gè)。

師：自然光通過(guò)一個(gè)偏振片后的透射光，只剩沿透振方向的振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)另一個(gè)偏振片，當(dāng)二者透振方向一樣時(shí)，線偏振光全部通過(guò)。當(dāng)與透振方向垂直時(shí)，沒(méi)有光可以通過(guò)，看到的就是漆黑一片，這種現(xiàn)象稱為消光。

師：不垂直也不平行時(shí)，觀察到亮度介于二者之間，為什么？

生：將線偏振光的光振動(dòng)正交分解，其中平行第二個(gè)偏振片透振方向的分量可以通過(guò)。

師：在這里第一個(gè)偏振片讓自然光變成了偏振光，這個(gè)過(guò)程稱為起偏。從功能上，第一個(gè)偏振片也稱為起偏器，第二個(gè)偏振片用于檢驗(yàn)光束的偏振狀態(tài)，叫做檢偏器。

【設(shè)計(jì)意圖：這一塊是本節(jié)課的重點(diǎn)。“什么是自然光”設(shè)計(jì)為直接講授，讓學(xué)生進(jìn)行機(jī)械學(xué)習(xí)。而后通過(guò)教師提問(wèn)1、2、3，促使學(xué)生將剛剛學(xué)過(guò)的自然光與偏振片的知識(shí)進(jìn)行遷移運(yùn)用，自然而然完成“什么是偏振光”的教學(xué)。此處設(shè)計(jì)為讓單個(gè)學(xué)生回答，也是通過(guò)學(xué)生的表述，及時(shí)測(cè)查學(xué)生的理解情況，相應(yīng)地調(diào)整教學(xué)，保證學(xué)生對(duì)偏振光與自然光理解準(zhǔn)確到位，從而才能進(jìn)入下一版塊——光的偏振的應(yīng)用?！?/p>

五、光的偏振的應(yīng)用（10min）

反射光是偏振光

師：第一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中以自然光為光源，為什么只用一個(gè)偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)也有光強(qiáng)變化呢？

師：那是因?yàn)楫?dāng)自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時(shí)，反射光和折射光都是偏振光。我們把反射的像消除了，其實(shí)就是用偏振片把由玻璃反射后的光線擋住，不進(jìn)入攝像頭。入射角不同時(shí)，偏振程度也不一樣。當(dāng)入射角等于某一定值，反射光是線偏振光。將攝像頭調(diào)到那個(gè)角度，轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片就可以將反射光完全消除。所以起偏器不一定是偏振片，自然界中有各種起偏器。

光的偏振的應(yīng)用1——攝影中增強(qiáng)成像效果

（介紹攝影、攝像中用偏振片消除反射光與散射光）（圖5）

圖5 PPT截圖3

光的偏振的應(yīng)用2——液晶顯示屏

師：第二個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中我們轉(zhuǎn)動(dòng)的也是一個(gè)偏振片，這說(shuō)明電腦液晶屏發(fā)出的光也是偏振光。不僅如此，液晶電視及計(jì)算器、手表等數(shù)字化儀表屏發(fā)出的光也是偏振光。為什么呢？

（介紹液晶顯示屏原理）（圖6）

我們用的這一大片偏振片就是實(shí)驗(yàn)員老師從廢舊液晶電視屏上面拆下來(lái)的。

圖6 PPT截圖4

光的偏振的應(yīng)用3——光彈性效應(yīng)

學(xué)生實(shí)驗(yàn)3：觀察塑料尺的光彈性效應(yīng)

師：請(qǐng)大家每人手持一個(gè)偏振片，透過(guò)偏振片觀察老師手中的大三角塑料尺，有沒(méi)有特別之處？

生：沒(méi)有。

師：（將塑料尺移到電腦屏幕前，即讓屏幕發(fā)出的偏振光照射到尺子）現(xiàn)在再用偏振片觀察？

生：尺子變成彩色的了?。▓D7）

師：一邊觀察，一邊轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)你們手中的偏振片，有什么現(xiàn)象？

生：電腦屏幕變黑了，尺子還是彩色的！這樣看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯了。

師：這種現(xiàn)象叫做光彈性效應(yīng)。（簡(jiǎn)介光彈性效應(yīng)）

圖7 光彈性效應(yīng)

【設(shè)計(jì)意圖：因?yàn)闀r(shí)間比較緊湊，此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是緊扣課前的兩個(gè)導(dǎo)入演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的?！皯?yīng)用1、2”運(yùn)用這節(jié)課剛學(xué)過(guò)的知識(shí)，解釋了導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)，并拓展介紹其它方面的運(yùn)用。“應(yīng)用3”中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)取材簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)效果卻非常好?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]姚啟鈞.光學(xué)教程[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3]趙凱華，鐘錫華.光學(xué)（上冊(cè)）[M].北京：北京大學(xué)出版社，1984.

[4]趙凱華，張維善.新概念高中物理讀本（第三冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[5]羅伯特·斯萊文，著，姚梅林，等，譯.教育心理學(xué)·理論與實(shí)踐[M].北京：人民郵電出版社，2004.

（欄目編輯 鄧 磊）

提問(wèn)2：轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片為什么透射光的亮度沒(méi)有變化？

生：因?yàn)殡m然偏振片透振方向在轉(zhuǎn)動(dòng)，但因?yàn)樽匀还庠诿總€(gè)方向的振動(dòng)強(qiáng)度都是一樣，所以沒(méi)有光強(qiáng)的變化。

提問(wèn)3：以自然光為光源，如果想看到透射光強(qiáng)度變化的現(xiàn)象要怎么辦呢？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：使用兩個(gè)偏振片觀察自然光的偏振現(xiàn)象

生：使用兩個(gè)偏振片，一個(gè)不動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)另一個(gè)。

師：自然光通過(guò)一個(gè)偏振片后的透射光，只剩沿透振方向的振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)另一個(gè)偏振片，當(dāng)二者透振方向一樣時(shí)，線偏振光全部通過(guò)。當(dāng)與透振方向垂直時(shí)，沒(méi)有光可以通過(guò)，看到的就是漆黑一片，這種現(xiàn)象稱為消光。

師：不垂直也不平行時(shí)，觀察到亮度介于二者之間，為什么？

生：將線偏振光的光振動(dòng)正交分解，其中平行第二個(gè)偏振片透振方向的分量可以通過(guò)。

師：在這里第一個(gè)偏振片讓自然光變成了偏振光，這個(gè)過(guò)程稱為起偏。從功能上，第一個(gè)偏振片也稱為起偏器，第二個(gè)偏振片用于檢驗(yàn)光束的偏振狀態(tài)，叫做檢偏器。

【設(shè)計(jì)意圖：這一塊是本節(jié)課的重點(diǎn)。“什么是自然光”設(shè)計(jì)為直接講授，讓學(xué)生進(jìn)行機(jī)械學(xué)習(xí)。而后通過(guò)教師提問(wèn)1、2、3，促使學(xué)生將剛剛學(xué)過(guò)的自然光與偏振片的知識(shí)進(jìn)行遷移運(yùn)用，自然而然完成“什么是偏振光”的教學(xué)。此處設(shè)計(jì)為讓單個(gè)學(xué)生回答，也是通過(guò)學(xué)生的表述，及時(shí)測(cè)查學(xué)生的理解情況，相應(yīng)地調(diào)整教學(xué)，保證學(xué)生對(duì)偏振光與自然光理解準(zhǔn)確到位，從而才能進(jìn)入下一版塊——光的偏振的應(yīng)用。】

五、光的偏振的應(yīng)用（10min）

反射光是偏振光

師：第一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中以自然光為光源，為什么只用一個(gè)偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)也有光強(qiáng)變化呢？

師：那是因?yàn)楫?dāng)自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時(shí)，反射光和折射光都是偏振光。我們把反射的像消除了，其實(shí)就是用偏振片把由玻璃反射后的光線擋住，不進(jìn)入攝像頭。入射角不同時(shí)，偏振程度也不一樣。當(dāng)入射角等于某一定值，反射光是線偏振光。將攝像頭調(diào)到那個(gè)角度，轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片就可以將反射光完全消除。所以起偏器不一定是偏振片，自然界中有各種起偏器。

光的偏振的應(yīng)用1——攝影中增強(qiáng)成像效果

（介紹攝影、攝像中用偏振片消除反射光與散射光）（圖5）

圖5 PPT截圖3

光的偏振的應(yīng)用2——液晶顯示屏

師：第二個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中我們轉(zhuǎn)動(dòng)的也是一個(gè)偏振片，這說(shuō)明電腦液晶屏發(fā)出的光也是偏振光。不僅如此，液晶電視及計(jì)算器、手表等數(shù)字化儀表屏發(fā)出的光也是偏振光。為什么呢？

（介紹液晶顯示屏原理）（圖6）

我們用的這一大片偏振片就是實(shí)驗(yàn)員老師從廢舊液晶電視屏上面拆下來(lái)的。

圖6 PPT截圖4

光的偏振的應(yīng)用3——光彈性效應(yīng)

學(xué)生實(shí)驗(yàn)3：觀察塑料尺的光彈性效應(yīng)

師：請(qǐng)大家每人手持一個(gè)偏振片，透過(guò)偏振片觀察老師手中的大三角塑料尺，有沒(méi)有特別之處？

生：沒(méi)有。

師：（將塑料尺移到電腦屏幕前，即讓屏幕發(fā)出的偏振光照射到尺子）現(xiàn)在再用偏振片觀察？

生：尺子變成彩色的了?。▓D7）

師：一邊觀察，一邊轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)你們手中的偏振片，有什么現(xiàn)象？

生：電腦屏幕變黑了，尺子還是彩色的！這樣看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯了。

師：這種現(xiàn)象叫做光彈性效應(yīng)。（簡(jiǎn)介光彈性效應(yīng)）

圖7 光彈性效應(yīng)

【設(shè)計(jì)意圖：因?yàn)闀r(shí)間比較緊湊，此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是緊扣課前的兩個(gè)導(dǎo)入演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的。“應(yīng)用1、2”運(yùn)用這節(jié)課剛學(xué)過(guò)的知識(shí)，解釋了導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)，并拓展介紹其它方面的運(yùn)用。“應(yīng)用3”中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)取材簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)效果卻非常好?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]姚啟鈞.光學(xué)教程[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3]趙凱華，鐘錫華.光學(xué)（上冊(cè)）[M].北京：北京大學(xué)出版社，1984.

[4]趙凱華，張維善.新概念高中物理讀本（第三冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[5]羅伯特·斯萊文，著，姚梅林，等，譯.教育心理學(xué)·理論與實(shí)踐[M].北京：人民郵電出版社，2004.

（欄目編輯 鄧 磊）

提問(wèn)2：轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片為什么透射光的亮度沒(méi)有變化？

生：因?yàn)殡m然偏振片透振方向在轉(zhuǎn)動(dòng)，但因?yàn)樽匀还庠诿總€(gè)方向的振動(dòng)強(qiáng)度都是一樣，所以沒(méi)有光強(qiáng)的變化。

提問(wèn)3：以自然光為光源，如果想看到透射光強(qiáng)度變化的現(xiàn)象要怎么辦呢？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：使用兩個(gè)偏振片觀察自然光的偏振現(xiàn)象

生：使用兩個(gè)偏振片，一個(gè)不動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)另一個(gè)。

師：自然光通過(guò)一個(gè)偏振片后的透射光，只剩沿透振方向的振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)另一個(gè)偏振片，當(dāng)二者透振方向一樣時(shí)，線偏振光全部通過(guò)。當(dāng)與透振方向垂直時(shí)，沒(méi)有光可以通過(guò)，看到的就是漆黑一片，這種現(xiàn)象稱為消光。

師：不垂直也不平行時(shí)，觀察到亮度介于二者之間，為什么？

生：將線偏振光的光振動(dòng)正交分解，其中平行第二個(gè)偏振片透振方向的分量可以通過(guò)。

師：在這里第一個(gè)偏振片讓自然光變成了偏振光，這個(gè)過(guò)程稱為起偏。從功能上，第一個(gè)偏振片也稱為起偏器，第二個(gè)偏振片用于檢驗(yàn)光束的偏振狀態(tài)，叫做檢偏器。

【設(shè)計(jì)意圖：這一塊是本節(jié)課的重點(diǎn)?！笆裁词亲匀还狻痹O(shè)計(jì)為直接講授，讓學(xué)生進(jìn)行機(jī)械學(xué)習(xí)。而后通過(guò)教師提問(wèn)1、2、3，促使學(xué)生將剛剛學(xué)過(guò)的自然光與偏振片的知識(shí)進(jìn)行遷移運(yùn)用，自然而然完成“什么是偏振光”的教學(xué)。此處設(shè)計(jì)為讓單個(gè)學(xué)生回答，也是通過(guò)學(xué)生的表述，及時(shí)測(cè)查學(xué)生的理解情況，相應(yīng)地調(diào)整教學(xué)，保證學(xué)生對(duì)偏振光與自然光理解準(zhǔn)確到位，從而才能進(jìn)入下一版塊——光的偏振的應(yīng)用?！?/p>

五、光的偏振的應(yīng)用（10min）

反射光是偏振光

師：第一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中以自然光為光源，為什么只用一個(gè)偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)也有光強(qiáng)變化呢？

師：那是因?yàn)楫?dāng)自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時(shí)，反射光和折射光都是偏振光。我們把反射的像消除了，其實(shí)就是用偏振片把由玻璃反射后的光線擋住，不進(jìn)入攝像頭。入射角不同時(shí)，偏振程度也不一樣。當(dāng)入射角等于某一定值，反射光是線偏振光。將攝像頭調(diào)到那個(gè)角度，轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片就可以將反射光完全消除。所以起偏器不一定是偏振片，自然界中有各種起偏器。

光的偏振的應(yīng)用1——攝影中增強(qiáng)成像效果

（介紹攝影、攝像中用偏振片消除反射光與散射光）（圖5）

圖5 PPT截圖3

光的偏振的應(yīng)用2——液晶顯示屏

師：第二個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中我們轉(zhuǎn)動(dòng)的也是一個(gè)偏振片，這說(shuō)明電腦液晶屏發(fā)出的光也是偏振光。不僅如此，液晶電視及計(jì)算器、手表等數(shù)字化儀表屏發(fā)出的光也是偏振光。為什么呢？

（介紹液晶顯示屏原理）（圖6）

我們用的這一大片偏振片就是實(shí)驗(yàn)員老師從廢舊液晶電視屏上面拆下來(lái)的。

圖6 PPT截圖4

光的偏振的應(yīng)用3——光彈性效應(yīng)

學(xué)生實(shí)驗(yàn)3：觀察塑料尺的光彈性效應(yīng)

師：請(qǐng)大家每人手持一個(gè)偏振片，透過(guò)偏振片觀察老師手中的大三角塑料尺，有沒(méi)有特別之處？

生：沒(méi)有。

師：（將塑料尺移到電腦屏幕前，即讓屏幕發(fā)出的偏振光照射到尺子）現(xiàn)在再用偏振片觀察？

生：尺子變成彩色的了！（圖7）

師：一邊觀察，一邊轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)你們手中的偏振片，有什么現(xiàn)象？

生：電腦屏幕變黑了，尺子還是彩色的！這樣看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯了。

師：這種現(xiàn)象叫做光彈性效應(yīng)。（簡(jiǎn)介光彈性效應(yīng)）

圖7 光彈性效應(yīng)

【設(shè)計(jì)意圖：因?yàn)闀r(shí)間比較緊湊，此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是緊扣課前的兩個(gè)導(dǎo)入演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的?！皯?yīng)用1、2”運(yùn)用這節(jié)課剛學(xué)過(guò)的知識(shí)，解釋了導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)，并拓展介紹其它方面的運(yùn)用?！皯?yīng)用3”中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)取材簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)效果卻非常好?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]姚啟鈞.光學(xué)教程[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3]趙凱華，鐘錫華.光學(xué)（上冊(cè)）[M].北京：北京大學(xué)出版社，1984.

[4]趙凱華，張維善.新概念高中物理讀本（第三冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[5]羅伯特·斯萊文，著，姚梅林，等，譯.教育心理學(xué)·理論與實(shí)踐[M].北京：人民郵電出版社，2004.

（欄目編輯 鄧 磊）