自制教具探究“光的偏振现象”

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  人教版高中物理《选修3-4》第十三章第六节对光的偏振做了介绍,这节课的目的是让高中学生了解光波作为横波具有偏振现象,以及光的偏振在生产、生活、科技等方面的应用.偏振现象学生不好理解,所以教科书先从绳波会发生偏振入手,再通过类比去介绍光的偏振.要理解本节课的内容,做好2个演示实验是关键,也是本节教学的突破口.但限于高中物理实验室没有光的偏振演示仪,学生很难感受和观察到光的偏振现象,只能用绳波偏振演示实验模拟光的偏振,高中生只能靠想象分析光偏振.为了更好的开阔学生的视野,加深对光的波动性,特别是对光是横波的理解,笔者对教材中的类比实验进行了创新设计.
  1 实验装置及原理
  如图1所示,配置介绍:①C为黑色木板,在C板一侧放置光源,②G为橡皮筋,③偏振片A与偏振片B,都夹在有机玻璃当中(光盘盒子),在中间各开一条直缝,开缝时,先用铅笔画一条直线,然后用钻头沿着直线钻几个孔,之后,用锉刀小心的锉几下,缝就出来了,④D为减速电机装置,淘宝上7元买一个直[JP2]流减速电机,外面套一层用大块橡皮雕刻而成模具,⑤E为光屏.
  原理介绍:同一时刻,有机械波(橡皮筋在电机的触碰下产生)和光波两列横波,先让两个偏振片偏振方向相同,那么可以看到明显的从左向右的机械波以及E光屏上的光信号.当转动偏振片B后,可以发现偏振片B右侧的机械波逐渐减弱,同时,光屏上的光信号逐渐消失.当然,中间有一块亮斑,因为偏振片A和偏振片B都开过缝,必定有光透过,我们主要看除了中央之外的其他地方光信号的改变情况.
  2 实验步骤
  (1)先让两个偏振片的偏振方向相同,如图2所示.
  (2)接通电源,让减速电机工作,开始时,未必会出现如图所示的波形图,需要调整电机工作的转速,要有耐心.经过耐心调整,终于出现期盼中的简谐波波形.如图3所示.
  (3)调整偏振片B的角度,在偏振片左右侧波形图发生了明显的改变,同时,光屏上的光强度也明显减弱,如图4所示.
  (4)继续调整偏振片B的角度,使得两个偏振片偏振方向垂直,则偏振片B右侧的波形图消失,同时光屏上除中央外的其他地方光信号也消失,如图5所示.
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