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2019-2020年高三物理 第二十章 光的波動性 四、光的偏振(第一課時) ●本節(jié)教材分析 光的偏振現(xiàn)象是比較常見的現(xiàn)象，由此可以充分說明光是橫波.雖然大綱中沒有列入這一部分內(nèi)容，但這部分內(nèi)容對于學(xué)生完整地認(rèn)識光的波動性，加深對光的本性的認(rèn)識很有必要.同時這部分知識在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用日益增加，將這部分內(nèi)容作為必學(xué)內(nèi)容，有利于開闊學(xué)生視野，也不會過多增加學(xué)生負(fù)擔(dān). 本節(jié)從機械波的偏振現(xiàn)象入手，用演示實驗形象地說明只有橫波才有偏振現(xiàn)象.通過類比和演示實驗介紹光的偏振，使學(xué)生體會偏振的概念，說明光是一種橫波.做好兩個實驗是本節(jié)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，教學(xué)中在做好實驗的基礎(chǔ)上應(yīng)盡可能鼓勵學(xué)生自己動手創(chuàng)造條件觀察光的偏振現(xiàn)象，增加感性認(rèn)識，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣.這也有利于培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實際學(xué)習(xí)物理的觀念和習(xí)慣. ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識目標(biāo) 1.通過實驗，認(rèn)識振動中的偏振現(xiàn)象，知道只有橫波有偏振現(xiàn)象. 2.了解偏振光和自然光的區(qū)別，從光的偏振現(xiàn)象知道光是橫波. 3.了解日常見到的光多數(shù)是偏振光，了解偏振光在生產(chǎn)生活中的一些應(yīng)用. 二、能力目標(biāo) 1.通過機械波的偏振實驗和光的偏振實驗掌握類比研究物理問題的方法. 2.通過對光的偏振應(yīng)用的學(xué)習(xí)，提高應(yīng)用知識解決實際問題的能力. 三、德育目標(biāo) 通過課外活動觀察光的偏振現(xiàn)象培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實際學(xué)習(xí)物理的觀念和習(xí)慣. ●教學(xué)重點 光的偏振實驗的觀察和分析. ●教學(xué)難點 光振動與自然光和偏振光的聯(lián)系. ●教學(xué)方法 通過實驗現(xiàn)象使學(xué)生認(rèn)清機械波中橫波的偏振現(xiàn)象，再通過機械波與光波的類比，實現(xiàn)輕松過渡，形成概念明確規(guī)律，并在應(yīng)用中深化知識的理解. ●教學(xué)用具 柔軟的長繩一根，帶有狹縫的木板兩塊，細(xì)軟的彈簧一根，電氣石晶體薄片或人造偏振片兩片，投影儀. ●課時安排 1課時 ●教學(xué)過程 一、引入新課 （一）復(fù)習(xí)橫波和縱波的概念 ［師］請同學(xué)們回憶一下機械波一節(jié)內(nèi)容，舉例說說什么是橫波？什么是縱波？ ［生］振動方向和傳播方向垂直的波叫橫波，抖動水平軟繩時產(chǎn)生的波就是橫波，振動方向和傳播方向一致的波叫縱波，像水平懸掛的彈簧一端振動時形成的沿彈簧傳播的波. ［師］通過前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道光具有波動性，那么光波究竟是橫波還是縱波呢？我們先通過一個實驗來看看怎么判斷一種波是橫波還是縱波. （二）偏振現(xiàn)象［演示一］ 介紹課本圖20—17裝置，教師演示，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察波傳到狹縫時的情況，看波能否通過狹縫傳到木板的另一側(cè). ［師］請一位同學(xué)來表述一下看到的現(xiàn)象. ［生］對繩上形成的橫波，當(dāng)狹縫與振動方向一致時，波不受阻礙，能通過狹縫，而當(dāng)狹縫與振動方向垂直時，波被狹縫擋住，不能通過狹縫傳到木板另一端，對彈簧上形成的縱波，無論狹縫怎樣放置，彈簧上疏密相間的波均能順利通過狹縫傳播到木板另一側(cè). ［師］表達(dá)得不錯，還有同學(xué)要補充嗎？ ［生］在繩上橫波傳播過程中，當(dāng)狹縫既不與振動方向平行也不與振動方向垂直時，有部分振動能通過狹縫. ［師］很好.橫波的這種現(xiàn)象稱為偏振現(xiàn)象，大家看到，縱波不會發(fā)生偏振現(xiàn)象，根據(jù)是否能發(fā)生偏振，我們可以判斷一個機械波是橫波還是縱波.雖然這種方法對判斷機械波并非必要，但我們可以借助這種方法來判斷光波是橫波還是縱波. 二、新課教學(xué) （一）光的偏振 ［演示二］ （教師介紹裝置，強調(diào)起偏器P和檢偏器Q的作用，演示同時引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察隨著檢偏器Q的轉(zhuǎn)動屏上光照強度的變化） ［師］請大家看這個薄片，它在我們這個演示實驗中的作用與前面的帶有狹縫的木板類似，它上面有一個特殊的方向稱透振方向，只有振動方向與透振方向平行的光波才能透過偏振片，下面請大家認(rèn)真觀察. ［現(xiàn)象1］用一個起偏器觀察自然光，偏振片是透明的，以光的傳播方向為軸旋轉(zhuǎn)P時，透射光強度不變.［投影］ ［師］同學(xué)們能由此得到什么結(jié)論嗎？ ［生］光是縱波. ［師］怎么得到這個結(jié)論的呢？ ［生］與前面縱波實驗類比得到的. ［師］大家有沒有考慮過假如波是橫波而且沿各個方向都有振動的情況呢？ （學(xué)生默然，教師繼續(xù)演示） ［現(xiàn)象2］加上檢偏器Q，當(dāng)Q的透振方向與P的透振方向一致時，透射光強度最大.［投影］ ［現(xiàn)象3］以光傳播方向為軸旋轉(zhuǎn)時，透射光強度減弱.當(dāng)Q與P透振方向垂直時，屏上最暗，光強幾乎為零. ［投影］ ［師］現(xiàn)在大家能判斷光是橫波還是縱波了嗎？ ［生］能，是橫波. ［師］那現(xiàn)象1是怎么回事呢？原來，我們這里用的太陽光源包含了垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且各個方向振動的光波強度都相同，這種光叫自然光.通過起偏器后，這種光就成了偏振光，它只能沿某一特定方向振動. ［師］哪位同學(xué)能來解釋剛才我們看到的三個現(xiàn)象呢？ （學(xué)生基本上能根據(jù)與機械波類比解釋實驗現(xiàn)象，并明確光是一種橫波.) （二）光振動 圖20—23 ［師］（投影右圖）光是電磁波，從上圖我們看到電場強度E和磁感應(yīng)強度B的振動方向都與電磁波的傳播方向垂直.而E的感光振動和生理作用是主要的，E的振動稱為光振動，上面提到的陽光等自然光，光振動沿各個方向是均勻分布的，經(jīng)過起偏器后光振動就只能沿透振方向振動成為偏振光. （三）光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用 ［師］其實，除了從太陽、電燈這樣一些從光源直接發(fā)出的光外，通?？吹降慕^大部分光都是偏振光，請大家看課本圖20—20，在這里反射光和折射光都是偏振光，且兩者偏振方向相互垂直. ［投影］光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用 1.偏振濾光片 2.車燈玻璃和擋風(fēng)玻璃 3.偏光眼鏡（觀看立體電影或立體電視） （引導(dǎo)學(xué)生分析這些應(yīng)用的原理，鼓勵學(xué)生從生產(chǎn)生活中查找偏振應(yīng)用實例，條件許可還可教學(xué)生自制偏振片） 三、小結(jié)（投影） 本節(jié)課我們通過 演示實驗，認(rèn)識了機械波中橫波的偏振現(xiàn)象 類比實驗，認(rèn)識了光的偏振現(xiàn)象以及自然光與偏振光 分析，理解了光是橫波 實例研究，了解了光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用 四、布置作業(yè) 1.什么是自然光？什么是偏振光？為什么說光是橫波？ 2.閱讀課后“閱讀材料”《立體電影與偏振》 五、板書設(shè)計 光的偏振 一、偏振現(xiàn)象 實驗1： 現(xiàn)象 甲：波通過狹縫 乙：波不能通過狹縫 甲→乙轉(zhuǎn)動中有部分波能通過狹縫 丙：波能通過狹縫 結(jié)果 橫波能發(fā)生偏振現(xiàn)象 縱波不能 二、波的偏振 實驗2：甲：光能通過P，轉(zhuǎn)動P屏上光強不變 乙：光能通過透振方向彼此平行的P、Q ?。汗獠荒芡ㄟ^透振方向彼此垂直的PQ 乙→丁Q轉(zhuǎn)動過程中屏上光強變暗 結(jié)果： 太陽光是自然光 通過起偏器后能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象 結(jié)論：光是橫波 三、光振動E矢量方向的振動 四、光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用（見投影） 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計 1.下列說法正確的是 A.機械波都能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象 B.光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波 C.自然光不能產(chǎn)生偏振，說明自然光是縱波 D.光波的感光作用和生理作用等主要是由磁感應(yīng)強度B的振動引起的 2.如圖20—24所示，將上一偏振片慢慢順時針旋轉(zhuǎn)，屏上的光的亮度開始逐漸________，當(dāng)它轉(zhuǎn)到90時，屏上光亮度將最________（填“暗”“亮”），繼續(xù)轉(zhuǎn)到180時光由最________變?yōu)樽頮_______.如此每轉(zhuǎn)90，交替變化一次（設(shè)開始時上、下兩偏振片平行且透振方向完全一致） 圖20—24 參考答案：1.B 2.變暗，暗，暗，亮