2021-2022学年高二物理竞赛课件：偏振.pptx

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1、偏振偏振 偏振偏振光的一个重要特性是其偏振性。我们以绳索上的一列波为例。光的一个重要特性是其偏振性。我们以绳索上的一列波为例。如如左左图图所所示示：图图a是是绳绳子子在在竖竖直直方方向向振振动动，图图b是是绳绳子子在在水水平平方方向向振振动动，不不管管哪哪种种情情形形，统统称称为为线线偏偏振振或或者者平平面面偏偏振振，也也就就是是说说振振动动只局限在一个平面内。只局限在一个平面内。如如果果在在波波的的传传播播方方向向上上放放置置一一个个有有缝缝隙隙的的障障碍碍物物，则则只只有有沿沿某某个个方向偏振的波得以通过。方向偏振的波得以通过。偏振偏振例题氢光谱例题氢光谱 炽热的氢气所发出的光线用装有衍射

2、光栅的分光镜观察，光栅炽热的氢气所发出的光线用装有衍射光栅的分光镜观察，光栅的刻线密度为的刻线密度为 条条/厘米。最靠近中心厘米。最靠近中心(0度度)的谱线是位于的谱线是位于 的紫色线条，位于的紫色线条，位于 处的蓝色线条，位于处的蓝色线条，位于 处的蓝绿线条和位处的蓝绿线条和位于于 处的红色线条。氢气中的这些谱线波长各为多少？处的红色线条。氢气中的这些谱线波长各为多少？解答：解答：既然这些是最靠近中心既然这些是最靠近中心 处的谱线，所以它们是一级光谱处的谱线，所以它们是一级光谱(m=1)。刻线间距。刻线间距 紫光的波长为：紫光的波长为：其它波长为：其它波长为：蓝色：蓝色：蓝绿色：蓝绿色：红色

3、：红色：注意注意 在未知的混合气体中，需要观察这四种谱线来确定其中是在未知的混合气体中，需要观察这四种谱线来确定其中是否含有氢气。否含有氢气。光的偏振光的偏振光光并并不不一一定定是是偏偏振振的的，也也有有可可能能是是非非偏偏振振的的，也也就就是是波波源同时在多个平面内偏振，太阳光就是如此。源同时在多个平面内偏振，太阳光就是如此。光的电矢量振动方光的电矢量振动方向表示向表示太阳光太阳光线偏光线偏光偏振偏振：光振光振动方向在振方向在振动面面内内不不对称称 偏振片偏振片 面面偏偏振振光光可可以以通通过过特特定定的的晶晶体体如如电电气气石石由由非非偏偏振振光光获获得得。或或者者，更更多多情情况况下下我

4、我们们通通过过偏偏振振片片获获得得（1929年年，偏偏振振材材料料由由Edwin Land发发明明）。偏偏振振片片由由彼彼此此平平行行的的复复杂杂长长分分子子排排列列而而成成。这这样样的的偏偏振振片片效效果果类类似似于于一一系系列列平平行行的的缝缝隙隙，允允许许某某一一方方向向振振动动的的光光近近乎乎无无损损地地通通过过。这这个个方方向向叫叫做做偏偏振振片片的的传传播轴播轴。垂垂直直于于传传播播轴轴的的方方向向的的光光基基本本上上被被完完全全吸吸收收。通通过过偏偏振振片片转转换换的的偏偏振振光光的的强度为：强度为：垂直的片振片仅允许入射波的垂直分量通过垂直的片振片仅允许入射波的垂直分量通过马吕

5、斯定律马吕斯定律非非偏偏振振光光由由沿沿各各方方向向振振动动的的光光组组成成。每每个个偏偏振振方方向向都都可可以以被被分分解解为为互互相相垂垂直直的的两两个个方方向向。平平均均来来说说，一一束束非非偏偏振振光光可可以以被被看看做做是是两两个个等等量量且且互互相相垂垂直直的的面面偏偏振振光光。当当非非偏偏振振光穿过偏振器，其中一个分量消失，光强减小一半：光穿过偏振器，其中一个分量消失，光强减小一半：当当两两个个偏偏振振片片正正交交（它它们们的的偏振轴互相垂直）会怎样？偏振轴互相垂直）会怎样？非偏振光可以被完全阻挡非偏振光可以被完全阻挡例例 非非偏偏振振光光穿穿过过两两个个偏偏振振片片，一一个个偏

6、偏振振片片的的传传播播轴轴为为竖竖直直，另另一一个轴与竖直方向成个轴与竖直方向成60度夹角，描述通过的光偏振方向和强度。度夹角，描述通过的光偏振方向和强度。分析：分析：1.第一个偏振片阻挡了一半的非偏振光，剩下的光是面偏振光。第一个偏振片阻挡了一半的非偏振光，剩下的光是面偏振光。2.当当这这束束光光通通过过第第二二个个偏偏振振片片，强强度度会会继继续续减减小小，而而且且偏偏振振方方向也会沿着第二个偏振片。向也会沿着第二个偏振片。解答：解答：第第一一个个偏偏振振片片消消掉掉一一半半的的光光线线，因因此此强强度度减减半半：，到到达达第第二二个个偏偏振振片片的的光光是是沿沿竖竖直直方方向向振振动动的

7、的，由由式式35-21得得到到 这这样样，通通过过的的光光线线强强度度变变为为八分之一，偏振平面与竖直方向成八分之一，偏振平面与竖直方向成 夹角。夹角。另另外外一一种种由由非非偏偏振振光光产产生生偏偏振振光光的的途途径径是是反反射射。当当光光线线以以非非垂垂直直的的任任意意角角度度照照射射到到非非金金属属表表面面，反反射射光光会会优优先先在在平平行于表面的平面内形成偏振光。行于表面的平面内形成偏振光。湖泊光滑水面的反射光，湖泊光滑水面的反射光，就是平就是平行于湖面的偏振光行于湖面的偏振光反射光的偏振反射光的偏振反射光束的偏振量取决于反射光束的偏振量取决于入射角度，一般的入射角入射角度，一般的入

8、射角入射不产生偏振光，而在入射不产生偏振光，而在某个特定的角度入射将产某个特定的角度入射将产生生100%偏振，这个角称起偏振，这个角称起偏角，记为偏角，记为p，这个角度，这个角度和两种材料介质边界的折和两种材料介质边界的折射率由以下方程关联：射率由以下方程关联：小鱼看得更清楚了小鱼看得更清楚了镜头加装偏振片前后镜头加装偏振片前后其其中中n1是是光光入入射射前前通通过过介介质质的的折折射射率率，n2是是光光通通过过两两介介质质界界面面后后材材料料的的折折射射率率，如如果果入入射射前前通过的介质为空气，则通过的介质为空气，则n1=1，则公式变为：，则公式变为：苏苏格格兰兰科科学学家家布布鲁鲁斯斯特

9、特（1781-1868）通通过过实实验验算算出出这这个个公公式式之后，起偏角之后，起偏角p被称为被称为布儒斯特角布儒斯特角，公式称为，公式称为布儒斯特定律布儒斯特定律。入射角为布儒斯特角时，反射光和折射光呈入射角为布儒斯特角时，反射光和折射光呈90度，也就是：度，也就是：折射定律折射定律所以所以例题例题 起偏角起偏角(a)太阳光从什么角度入射到湖面可使反射光是平面偏振光？太阳光从什么角度入射到湖面可使反射光是平面偏振光？(b)什么是折射角？什么是折射角？分分析析：光光束束射射向向湖湖面面的的角角应应该该是是布布儒儒斯斯特特角角；折折射射角角我我们们可以用可以用Snells定律求得。定律求得。解

10、答：解答：(a)将将n=1.33代入公式，所以代入公式，所以 得到得到(b)通过斯奈尔定律，通过斯奈尔定律，得到得到 即为期望的答案。即为期望的答案。v单缝衍射（半波带法）单缝衍射（半波带法）v光栅衍射光栅衍射v光的偏振光的偏振 马吕斯定律马吕斯定律 布儒斯特定律布儒斯特定律必做题必做题:6，34，56，571.两列光波的叠加两列光波的叠加p12r1r2P:其其 中：中：光波中的电振动矢量光波中的电振动矢量 称为称为光矢量光矢量E0E1E2相干光相干光光强光强 非相干光源非相干光源 I=I 1 +I 2 非相干叠加非相干叠加 完全完全相干光源相干光源 干涉图干涉图干涉图干涉图平均光强为：平均光强为：