物理人教版高中选修3-4《光的偏振》教学设计讲课教案.doc

物理人教版高中选修3-4《光的偏振》教学设计

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《光的偏振》教学设计

江西石城中学：温树平 342700
教材内容：新课标人教版 选修3-4 第十三章第六节 《光的偏振》 高二年级
教学目标：
一．知识目标：
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
二．能力目标：
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。
三．情感目标：
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. 知道在学习物理的过程中，做好实验的重要性．
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：
通过两个演示实验让学生接受光有偏振现象，因为偏振是学生接触的一个新概念，所以做好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。　
教学方法：
教学是教师教学生学的双边活动，教师在课前必须对学生有一定了解。高二学生已经具有一定的抽象思维能力，但光的偏振现象对他们来说是完全陌生而又抽象的，而机械波的偏振现象相对形象些。故要本着由浅入深，新旧联系，全面系统的原则去讲课，先做好机械波模拟实验，使学生认识机械波的偏振，进而认识偏振是横波特有的现象作为知识铺垫后然后再做光的偏振实验，在分析光的偏振实验时，要引导学生理解实验的设计思路且与机械波实验相类比。偏振现象的应用属于了解性的，采用老师用幻灯片展示语言介绍，学生分析思考的方法，而不让学生课前预习查找，减轻学生课外学习负担，同时让学生知道光偏振并不是陌生的，而是在生产生活中很常见，激发学习兴趣。由于光的偏振现象的抽象性及学生的抽象思维能力有限，所以在教学中主要采用教师设疑，学生探讨的问题探究教学模式，让学生观察、思考、讨论，充分发表意见，这样既有利于突出重点，化解难点，又充分发挥了学生的主体性。　　
教具：长绳、长轻弹簧、有狭缝的纸板、激光源、偏振片、powerpoint课件、flash课件、有摄像头的电脑
教学过程：
一．新课引入：
一条竹竿横着进教室进不了，看看门，把扁担竖起来进教室，给学生设下悬念 。（老师进教室上课时演示）
师：通过前面几节课的学习，我们对于光的本性的认识逐步加深，我们知道了光能够产生干涉和衍射现象，而这正好说明了光应该是一种波。而波有横波和纵波之分，由此，我们必然会想到光究竟是横波还是纵波？我们又该如何去判断和验证？
二、新课教学：
首先我们来回忆一下横波和纵波。
问题一：请同学回答一下横波和纵波有什么区别？
生：质点的振动方向和传播方向如果平行则为纵波；振动方向和传播方向垂直的则是横波。
师：很好。我们从振动方向和传播方向的关系上上可以区别它们。那如果有一列波，我们肉眼观察不到它的振动情况，
问题二：比如说光波，我们该如何来判断它究竟属于横波还是纵波？（让学生思考，同桌讨论，并视情况决定是否提问。）
师：光我们是可以看见的，但是它属于横波还是纵波我们好象没有办法判断。现在我提供一种判断横波和纵波的方法。
1、师生共同演示实验：绳波通过有狭缝的纸板，老师摆绳，学生调整纸板的方向。长轻弹簧通过挖有狭缝的纸板。
（课件1的演示，纵波能够通过，而横波必须在特定情况下才能够通过）

2、现象：
横波只能通过与其振动方向相同的狭缝，称为偏振现象。
纵波能通过任何方向的狭缝。
3、结论：
只有横波才有偏振现象 而纵波无偏振问题
问题三：好，现在就请同学们看看能不能在这个基础上帮我设计一个能够判断光是横波还是纵波的实验。
（让学生回答，筛选出合适的方案）
师：这个方案不错，不过我们还得再仔细考虑一个问题：那就是这个狭缝的宽度大概有多少？我们不难想象，如果缝很宽，那不管怎么转动光还是可以穿过来的，因此，缝的宽度要小于光波的振幅。好象很不容易做到。幸好科技发达，这个问题科学家已经问我们解决了。
通光方向
通
不通
取出偏振片给学生观察，并且说明该偏振片可以看成由很多细小的狭缝组成。偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片．偏振片对光波的作用就像上图中的狭缝对于机械波的作用一样．
演示1：让学生观察黑板上的“光”字：将摄像头对准“光”字，把相片通过电脑投影到屏幕上。把一个偏振片覆盖在摄像头上面，转动偏振片，看看字迹是否会消失。
演示2：让一束电筒光束通过偏振片照射到屏幕上，让学生观察当偏振片转动时透过偏振片的光线是否会消失。
现象：“光”不会消失，电筒光束也不会消失。
师：请同学们根据刚才的现象作出判断。
生：经过偏振片后的光线亮度不变，所以判断出光应该是纵波。
师：不错，这个实验现象很明白的告诉了我们，光应该是属于纵波。很长一段时间来，科学家们也认为光应该是纵波。
问题四：但是无意中的一些实验发现了一些无法解释的现象。下面我们就来看究竟是什么现象。
我们来观察这样的现象：
演示1．让激光通过偏振片，看激光束亮度的变化。
演示2． 让两块偏振片相交转动，让学生观察黑板上的“光”字有没有变化。
演示3. 让手电筒光束通过两块偏振片，转动偏振片，看透过的光束亮度有否变化？
师：如何解释这样的现象？光究竟是不是纵波？（设问）
总结：光如果是纵波，那这样的现象是无法解释的；那如果是横波，是怎样的横波呢？如何来解释看起来似乎前后矛盾的结果？
经过科学家的不懈努力，终于解决了这个问题，并且确定了光应该是横波。
也说明有些光有特定的振动方向，有些光各个方向的振动情况相同
（向学生说明自然光、偏振光）
定义：
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.
在纸面内振动
垂直纸面的振动

自然光：与传播方向垂直的各个方向振动的光波强度都相同，这样的光称之为自然光。（太阳、电灯等直接发出的光）
偏 振：横波只沿着某一个特定的方向振动，称为波的偏振。
师：我们常见的光，除了太阳、灯泡等直接发出的光为自然光外，其他大多数反射光、折射光都属于偏振光。
下面就请同学们一起来看横波对以上现象的解释。
（演示flash 课件2，）

下面我们小结一下刚才的实验和结论
问题五：产生上述现象的原因
（1）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，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同．这种光叫做自然光 .

（2）自然光通过第一个偏振片（叫做起偏器）之后，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过．也就是说，通过第一个偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动．这种光叫做偏振光．
横波只沿着某一个特定的方向振动，称为波的偏振．只有横波才有偏振现象．
（3）通过第一个偏振片的偏振光再通过第二个偏振片（称为检偏器）时，如果两个偏振片的透振方向平行，那么，通过第一个偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向平行，透射光的强度最大．
问题六：偏振光的获得
生：偏振片法。
师：光的偏振现象并不罕见．除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光．反射和折射法也可以获得偏振光。
自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直．
例：两个偏振片紧靠在一起将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过．如果将其中的一片旋转180度，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象（ ）　
A、透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零
　　B、透过偏振片的光强光增强，然后减少到非零的最小值
　　C、透过偏振片的光强在整个过程中都增强
　　D、透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强
生：A正确
问题七：光的偏振现象有很多应用：
应用1：如果要拍摄玻璃橱窗里的陈列物或者水面之下的物体，或者远处的建筑物天空等物体，由于光的反射或者空气的散射，不容易拍摄清楚；而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，那就可以减弱反射而使拍摄的景物清晰。
应用2：偏光镜头 立体电影
师：《立体电影》的故事
两个人去看一部新的立体电影，电影一开始就是令人紧张的滑行轨道车场面。电影刚放映，其中的一个人的脸就变成了浅绿色。　　
“对不起，”他对他的同伴说，“我得离开这儿。我觉得恶心。”
“你能不能坐下，别像一个小孩子！”同伴要求说，“这只是一部电影。”
一分钟后轨道车呼啸着滑下一个陡坡，第一个人呻吟着说：“我想呼吸一些新鲜空气。”
“坐下，”他的朋友小声说，“你太使我难堪了，这是一部电影。”
几秒钟后那人脸色灰白站了起来。“我的上帝，”他说，“我不能呆在这儿了，我一定得离开。”
“听着，”他的同伴吼叫着，“你能不能坐下，要不我们都得从这玩意儿里摔出去，去见上帝！”
这个故事无非就是告诉我们立体电影非常逼真，那它究竟是用的什么原理呢？立体电影是用两个镜头如人眼那样从两个不同方向同时拍摄下景物的像，制成电影胶片。在放映时，通过两个放映机，把用两个摄影机拍下的两组胶片同步放映，使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上。这时如果用眼睛直接观看，看到的画面是模糊不清的，要看到立体电影，就要在每架电影机前装一块偏振片，它的作用相当于起偏器。从两架放映机射出的光，通过偏振片后，就成了偏振光。左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处，偏振光方向不改变。观众用上述的偏振眼镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图象，即左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，这样就会像直接观看那样产生立体感觉。这就是立体电影的原理。
当然，实际放映立体电影是用一个镜头，两套图象交替地印在同一电影胶片上，还需要一套复杂的装置，这里就不涉及了。
应用3：偏振光眼镜
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。
应用4：液晶显示
我们用的计算器上的液晶显示屏也用到了光的偏振原理。光的偏振这部分内容如果深入下去其实还有很多值得研究的地方，但我们中学里不再要求深入，点到为止。如果有兴趣的同学将来可以再去搞研究。

应用5、汽车车灯与前窗玻璃
汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为了避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，即不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。
应用6、生物的生理机能与偏振光
人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支复眼、两支复眼，每个复眼包含有6300个小眼，这些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位，然后以太阳为定向标来判断方向，所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛。
再如在沙漠中，如果不带罗盘，人是会迷路的，但是沙漠中有一种蚂蚁，它能利用天空中的紫外偏光导航，因而不会迷路。
三、归纳小结：
1．光是一种横波。
2．偏振现象是横波特有的现象
四、布置作业：
板书设计：
一、光的偏振态：光是横波 三、偏振光的应用实例
自然光 照相、立体电影、偏振光眼镜、
偏振光 液晶显示、汽车车灯、生物视觉等等
二、偏振光的获得
偏振片法、反射和折射法

教学反思：
1．本堂课教学设计很好的体现了的教学目标：
 ①观察波动中的偏振现象，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。特别是利用电脑摄像头将偏振片演示实验的可视性大大提高，黑板上的“光”字的偏振现象更能给学生真实性。
 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．课堂教学中加强了学生与教师的互动，给了学生更多的讨论、自主学习和合作学习的机会，注重学生个性与共性的发展。

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