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《光的偏振》教学设计浙江省富阳市二中方明霞一、新课引入实验演示：教师将一块偏振片在笔记本电脑前转动，请学生观察屏幕的变化情况。电脑屏幕随着偏振片的转动，发生明显的明暗的变化。如图1所示。学生观察到这一奇妙的现象时，都不由地发出惊叹声，不禁问道：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。图1教师告诉学生手中的这片圆形薄片叫偏振片，这种现象称为偏振现象。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、现象解释波有横波和纵波之分，光是横波还是纵波，是否所有的波都有偏振现象，日常生活中有哪些常见的偏振现象，对我们的生活有些什么样的影响，我们一起来学习和探讨。为了更好的理解和解释光的偏振现象，我们从直观、具体的机械波的分析入手。（一）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：绳波的振动方向与狭缝的方向平行时，传播情况正常；振动方向与狭缝方向垂直时，绳波经过狭缝后消失。现象如图2所示。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。图3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，这种现象就是偏振现象，偏振是横波特有的现象。光波是横波还是纵波，也可用类似的方法检验。实验3：利用偏振片检验自然光是横波还是纵波。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。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。如图4所示。图4重复实验1的演示实验，再次观察实验现象。电脑屏幕本质上是一片偏振片，圆形薄片是另一片偏振片，当光束通过第一片偏振片P（起偏器）之后（如图5所示），旋转第二块偏振片Q（检偏器），可以看见光斑亮度周期性变化。当两个偏振片平行时，透光最强。当两个偏振片垂直时，透光最弱。如图5所示。图5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。当激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。上面的实验表明，光是一种横波。只有横波才有偏振现象。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。因此当我们直接观察、拍摄橱窗、水中的物体时，有些时候会图象不清、非常含糊，这些都是“光的偏振”惹的祸，只有合理地利用偏振片，我们才能看到清晰的影象。1．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。2．计算器的屏幕发给学生一些事先准备好的计算器上的显示膜，请学生旋转计算器的显示薄膜，观察窗外的景色，亲自体验光的偏振现象。学生观察窗外的景色时，都露出了会心的微笑，很多同学不由地说道：“原来如此！”正如华盛顿国家图书馆墙壁上所写：“我听见了就忘了，我看见了就记住了，我做了就理解了”，体验是最好、最有效的学习。3．偏振光眼镜（PolariscoPe）钓具辅助具之一。指钓者在钓鱼时用于观察水面、浮漂时，可消除浮漂、水面反光的特种眼镜。该镜还可防止阳光刺眼。其镜片颜色有茶色、灰色和墨绿色。其原理是在光波中有自然光和偏振光两种。自然光的电磁波是向四面八方振动的，即所谓出现光线的漫反射。这样，钓者用肉眼和普通太阳镜观察水面上的浮原时会出现倒影，加上水面波纹闪动反光，很难看清浮漂。而偏振镜片中间的胶膜内含有无数细小的杆状晶体，均朝一个方向顺序均匀地排列，故通过偏振眼镜后的光线只能朝一个方向振动、影象清晰。4．影院的“3D”眼镜观看“3D”电影时观众佩带的“3D”眼镜是专门设计和制造了适合于观看柱面电影的柱面偏振光眼镜（即“立体眼镜”）。使观众看到的影片左眼和右眼的图像不同，这样反映到人脑中的影像就是3D影像，从而创造置身其中的立体视觉空间。5．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的挡风玻璃（偏振片），通过实践发现，汽车前灯覆盖的偏振片其透射轴为667，而挡风玻璃覆盖的偏振片其透射轴为567安装，效果最佳，这样既能消除车灯的强烈炫光，又能看见迎面开来的车辆。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。五、课外拓展请学生到图书馆或上网查询偏振的相关知识，了解生活中更多的偏振现象，尝试写一篇物理小论文。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，合理搭建了学生学习的平台，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。