光的偏振现象演示仪

谭晓春，祝云峰，曲胜艳

（1.吉林省高中物理谭晓春名师工作室，吉林 长春130117；2.东北师大附中净月实验学校，吉林 长春130117）

1 引 言

由于光的偏振现象在生产、生活、科技等方面已经有广泛运用，所以高中物理人教版教材选修3-4第13章第6节对“光的偏振”做了介绍.这节课的目的是让高中学生了解什么是光的偏振，知道偏振是区分横波和纵波的重要依据，并由光波的偏振现象判定出光波是横波，了解光的偏振现象的应用.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，为此笔者制作了简单易做、现象明显的适用高中课堂教学的光的偏振演示仪.

2 光的偏振演示仪的原理

光波中引起视觉的决定因素是电偏振矢量E，在光波中的电振动矢量E和磁振动矢量H都与传播速度v垂直.自然光是包括一切振动方向的光，当光波通过偏振片P（起偏器）以后只有与偏振方向平行的光（电振动矢量E）能透过偏振片，成为偏振光，如图1（a）所示；偏振光再次经过偏振片Q（检偏器）后，如果检偏器Q的透振方向与E平行，则偏振光可通过检偏器Q，如图1（b）所示；如果检偏器Q的透振方向与E垂直，则偏振光完全不能透过检偏器Q，如图1（c）所示.如果检偏器Q的透振方向与E成任意夹角，则只有E平行于检偏器Q的透振方向光通过检偏器.

图2 演示光的偏振现象的示意图

3 光的偏振演示仪的制作

1）有机玻璃板1块，偏振片（高分子化合物聚乙烯醇薄膜）、云母片、手柄、固定轴、金属网、灯带、电源盒、导线、开关等.

2）把机玻璃板切割成3个直径是400mm的圆，边缘打磨光滑，圆心打出直径8mm孔.金属网割成直径是360mm圆，偏振片割成2个直径360mm的圆片，把云母片分成4快（可设计成不同形状或图案，云母片切割极时易碎，所以要小心切割）.

3）在一片有机玻璃片上粘金属网，在另一片有机玻璃上贴1片偏振片如图2（a）所示，作为起偏器.四周粘上灯带连好电路，把2个有机玻璃固定在手柄和固定轴上，固定好电源和开关，背面如图2（b）所示，侧面如图2（c）所示.

图2 制作起偏器的实物图

4）在起偏器上粘4块云母片，如图3所示.

图3 在起偏器上粘云母片

5）把第3块有机玻璃板贴偏振片（作为检偏器）套在固定轴上，用螺母固定.

4 使用方法

取出装置，打开电源.当2个偏振片的透振方向平行时，相对光照强度最强，慢慢旋转其中一偏振片，可见光照强度逐渐减弱，转过90°角时，相对光照强度最弱（如图4所示）；继续转动，可见光照强度又逐渐增强，转过180°光强又恢复到最大.如此每转90°交替变化1次.

图4 起偏器与检偏器狭缝改变时的实物图

5 拓 展

该演示仪还能演示色偏振现象.图4中的几个简单的小图案是粘在起偏器上的云母片，用于演示色偏振.云母是一种天然的双折射晶体，将云母片放于起偏器和检偏器之间时，会发生偏振光干涉，白光照射时将产生色偏振现象，云母片足够厚时会形成美丽的彩色图案.

感谢东北师范大学物理学院对仪器加工制作提供大力支持！

［1］姚启钧.光学［M］.北京：高等教育出版社，2009.

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［3］于国萍，王晓峰.偏振图像的研究［J］.物理实验，2009，29（7）：38-39，42.