3. 光的衍射与偏振教学设计

《光的衍射与偏振》教学设计

第2课时：《光的偏振》

乐山一中

向洪锐

一．教材分析：

《光的衍射和偏振》选自教科版版选修3-4第五章第三节。光的偏振偏现象在我们的生活中应用性较强，但是由于光本身的特殊性，使得学生对于光的偏振现象的认识仅限于感性层面。本节内容通过继续学习光的波动性，得出光是一种横波的结论，既是对学生光的波动性知识体系的补充和完善，又激发了学生发展探索自然、理解自然的兴趣与热情。

二．学情分析：

本节课的授课对象是普通高中二年级理科学生。学生已具备的前置认知基础：已有知识结构包括光的干涉、衍射现象以及机械波中横波与纵波的区别方法。通过光的干涉、衍射现象的学习，学生已对光的波动性有了初步的认识。

学生通过快两年的高中物理学习过程，对物理基本思想（类比思想）和科学探究过程有一定的认识，并且对探究的七个要素：提出问题，提出猜想，设计实验，操作验证，分析结论，总结评价已经非常熟悉。学生具备了基本的观察、分析、归纳能力，但通过实验现象寻找规律的能力还比较薄弱。因此，教学中应注重学习方法的引导。

但由于学生前置知识的干扰，学生以为区别横波与纵波的方法即根据质点振动方向和波传播方向的几何关系，难以从旧知识中抽象出光的偏振概念。

三．教学目标：

知识与技能：

1．知道振动中的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象

2．知道偏振光和自然光的区别，知道光的偏振说明光是横波

3．了解日常见到的光多数是偏振光，了解偏振光在生产生活中的一些应用。

过程与方法：

1．学习科学研究的思维方法，体会科学发展的严密性。

2．培养学生为问题设计实验、通过实验现象总结结论的能力。

情感态度与价值观：

1.培养良好的物理实验习惯，学会用理论指导实践，用实验来验证理论．

2.通过对光的偏振应用的学习，提高应用知识解决实际问题的能力

四．教学重难点：

重点：

1.

使学生了解偏振现象及运用光的偏振知识来解释一些常见的光学现象

2.

知道只有横波才有偏振现象，知道光有偏振现象所以光是一种横波

难点：

演示实验并通过设疑如何引导学生思考，讨论,类比，推理，判断得到结论是本节教学的关键和突破口。

五．教学过程：

（一）新课引入

实验演示：教师将一块偏振片放在日光灯下，学生观察这个透明的膜：再把偏振片放在电脑屏幕前，电脑屏幕黑屏了。学生观察到这一奇妙的现象时，问道：为什么会发生这种现象呢？学生的学习兴趣和积极性被充分调动起来。

为什么会出现这样的现象呢，这是本堂课要解决的重要内容之一，希望大家在观察接下来的实验现象和现象分析后都能知道其中的原因。

（二）实验过程、现象解释

观察图片，这个人腰横着扁担进不了城，只有竖着或者在城墙上开个横着的缝。

这个人过城墙，就像是绳波过狭缝。

图1

1.机械波的偏振实验演示

实验1：取一软绳和中间有一“狭缝”的硬纸板，使软绳从“狭缝”中穿过，请两位同学分别控制绳的两端，其中一端固定不动，另一端的同学上下抖动，形成一列绳波。调节狭缝的方向，第一次与绳波的振动方向相同，第二次与绳波的振动方向垂直，观察绳波经过狭缝后的现象。

现象：当狭缝的方向与振动方向相同时，绳上的横波可以传过去：狭缝的方向与绳的振动方向垂直时，绳上的横波就不能通过了。

这种现象叫做偏振。

图2

实验2：用一弹簧经过“狭缝”，轻拨弹簧，形成一列弹簧波。旋转狭缝方向，观察弹簧波的情况。

现象：无论“狭缝”如何，弹簧波均正常传播，如图3所示。

结论：横波的振动方向与狭缝方向垂直时，波的传递受到影响

偏振是横波特有的现象。

图3 光波是横波还是纵波，也可用类似的方法检验。

2.光的偏振实验演示

实验3：利用偏振片检验光是横波还是纵波。

偏振片介绍：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”。偏振片对光波的作用就象“狭缝”对机械波的作用一样。

2.自然光和偏振光

重复演示实验，电脑屏幕随着偏振片的转动，发生明显的明暗的变化。

而把偏振片放在日光灯前时，随着偏振片的转动，偏振片的明暗没有发生变化。在这个

偏振片的后面放一个偏振片，旋转第二个偏振片，可以看到光有周期性的变化。

为什么会发生这个现象？

图4 光是电磁波，电磁波在自由空间传播的过程中，变化电场E和变化磁场B的垂直。E的方向就是光振动的方向，在图中，E沿x方向。

偏振光介绍：只沿着某个特定方向振动的光。

自然光介绍：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。

电脑屏幕的光是偏振光，灯发出来的光是自然光。

3.光的偏振现象解释

通过分析，请学生尝试类比机械波的偏振来解释上面的实验现象。

电脑屏幕的光是偏振光，当偏振片的透振方向和电脑屏幕的光振动方向一致时，透光最强，当偏振片的透振方向和电脑屏幕的光的振动方向垂直时，透光最弱。

当日光灯的光通过第一片偏振片P后，相当于被“狭缝”卡了一下，只有振动方向跟“狭缝”方向平行的光才能通过，激光通过偏振片P（起偏器）后虽然变成了偏振光，但由于沿各个方向的振动情况相同，无论偏振片透振方向如何，都会有相同强度的光透射过来，再通过第二块偏振片Q（检偏器）时就不同了。无论旋转哪块偏振片，当两块偏振片透振方向相同时，透射光最强，当两偏振片透振方向垂直时，透射光完全消失，最弱。

图5

上面的实验表明，光是一种横波。

（三）偏振现象的应用

光的偏振现象并不罕见。除了从太阳、电灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角发生变化时，偏振的程度也发生变化。只有合理地利用偏振片，我们才能看到清晰的影象。

1.相机镜头前的偏振片

在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景像不清楚．如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景像清晰．

教师展示一组图片，同时告诉学生这组图片是用同一相机拍摄而得，区别在于拍摄后一图片时在镜头上多加偏振片。

图6 2.车灯玻璃和挡风玻璃

汽车在夜间行驶时必须打开车灯，但是车灯的强炫光会影响迎面来车的司机的视线，为了行车安全，而不得不使用小灯，这样势必会影响行车速度和能见度，带来不小的安全隐患。为了解决这个问题，有人设法在车灯和挡风玻璃上覆盖一片其透射轴方向的挡风玻璃（偏振片），司机从前窗只能看到自己的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光。

请学生设计挡风玻璃的方向。小组讨论，学生代表发言。

结论：如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定他们的偏振化方向都沿同一方向并与都与水平面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自己的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，

图7

3．影院的“3D”眼镜

在拍摄立体电影时，用两个摄影机，两个摄影机的镜头相当于人的两只眼睛，它们同时分别拍下同一物体的两个画像，放映时把两个画像同时映在银幕上。如果设法使观众的一只眼睛只能看到其中一个画面，就可以使观众得到立体感。为此，在放映时，两个放放像机每个放像机镜头上放一个偏振片，两个偏振片的偏振化方向相互垂直，观众戴上用偏振片做成的眼镜，左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同，这样，银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观察，在人的脑海中就形成立体化的影像了。

（四）课堂小结

1．光是一种横波。

2．偏振现象是横波特有的现象。

3．自然光:太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光

偏振光:在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的光叫偏振光

4.光的偏振现象的应用

（五）课堂检测：

1．如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则（

）

A．图中a光为偏振光

B．图中b光为偏振光

C．以SP为轴将B 转过180°后，在P处将看到光亮

D．以SP为轴将B 转过90°后，在P处将看到光亮

2．如图所示，P是偏振片，P的透振方向(用带箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光(

) A．太阳光

B．沿竖直方向振动的光

C．沿水平方向振动的光

D．沿与竖直方向成45°角振动的光

六、教学反思

1．本堂课教学设计很好的体现了的教学目标：

①观察振动中的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。

②知道偏振光和自然光的区别，能运用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象。2．机械波的偏振现象和光的偏振现象的实验对比，符合中学生由具体到抽象、由表及里的思维特点，合理搭建了学生学***台，有利于学生理解光波是横波的本质。同时通过实验对比，培养学生的知识迁移能力。

3．演示实验与学生实验相结合、生活中常见偏振现象介绍，有利于扩大学生视野，提高学生的学习积极性和兴趣，培养学生良好的物理实验习惯，促使学生培养联系实际学习物理的观念和习惯。

4．绳波的偏振演示时绳子材质和长度的选择对绳波实验演示的可观赏性有一定的影响，可选择密度偏大，韧性较好、长度在2米左右的绳子。

5．课堂教学中还可进一步加强学生与教师的互动，给学生更多的讨论、自主学习和合作学习的机会，注重学生个性与共性的发展。