第一篇：光的偏振教學(xué)設(shè)計(jì)

“光的偏振”教學(xué)設(shè)計(jì)方案

授課：溫樹平

教學(xué)目標(biāo)：

一．知識(shí)目標(biāo)：

1．知道振動(dòng)中的偏振現(xiàn)象，知道只有橫波才有偏振現(xiàn)象 2．

知道偏振光和自然光的區(qū)別，知道光的偏振說(shuō)明光是橫波 二．能力目標(biāo)：

1．學(xué)習(xí)科學(xué)研究的思維方法，體會(huì)科學(xué)發(fā)展的嚴(yán)密性。

2．培養(yǎng)學(xué)生為問(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)結(jié)論的能力。三．情感目標(biāo)：

1.培養(yǎng)良好的物理實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，學(xué)會(huì)用理論指導(dǎo)實(shí)踐，用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證理論． 2.知道在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中，做好實(shí)驗(yàn)的重要性． 教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：

1.使學(xué)生了解偏振現(xiàn)象及運(yùn)用光的偏振知識(shí)來(lái)解釋一些常見(jiàn)的光學(xué)現(xiàn)象

2.知道只有橫波才有偏振現(xiàn)象，知道光有偏振現(xiàn)象所以光是一種橫波

難點(diǎn)：

通過(guò)兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生接受光有偏振現(xiàn)象，因?yàn)槠袷菍W(xué)生接觸的一個(gè)新概念，所以做好兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)并通過(guò)設(shè)疑如何引導(dǎo)學(xué)生思考，討論,類比，推理，判斷得到結(jié)論是本節(jié)教學(xué)的關(guān)鍵和突破口

教學(xué)方法：

教學(xué)是教師教學(xué)生學(xué)的雙邊活動(dòng)，教師在課前必須對(duì)學(xué)生有一定了解。高二學(xué)生已經(jīng)具有一定的抽象思維能力，但光的偏振現(xiàn)象對(duì)他們來(lái)說(shuō)是完全陌生而又抽象的，而機(jī)械波的偏振現(xiàn)象相對(duì)形象些。故要本著由淺入深，新舊聯(lián)系，全面系統(tǒng)的原則去講課，先做好機(jī)械波模擬實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)機(jī)械波的偏振，進(jìn)而認(rèn)識(shí)偏振是橫波特有的現(xiàn)象作為知識(shí)鋪墊后然后再做光的偏振實(shí)驗(yàn)，在分析光的偏振實(shí)驗(yàn)時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路且與機(jī)械波實(shí)驗(yàn)相類比。由于光的偏振現(xiàn)象的抽象性及學(xué)生的抽象思維能力有限，所以在教學(xué)中主要采用教師設(shè)疑，學(xué)生探討的教學(xué)模式，讓學(xué)生觀察、思考、討論，充分發(fā)表意見(jiàn)，這樣既有利于突出重點(diǎn)，化解難點(diǎn)，又充分發(fā)揮了學(xué)生的主體性。

教具：激光源、偏振片、powerpoint課件、flash課件 教學(xué)過(guò)程：

一．新課引入：

師：通過(guò)前面幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們對(duì)于光的本性的認(rèn)識(shí)逐步加深，我們知道了光能夠產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，而這正好說(shuō)明了光應(yīng)該是一種波。而波有橫波和縱波之分，由此，我們必然會(huì)想到光究竟是橫波還是縱波？我們又該如何去判斷和驗(yàn)證？ 一條竹竿橫著進(jìn)教室進(jìn)不了，給學(xué)生設(shè)下懸念

（學(xué)生演示）

二、新課教學(xué)：

首先我們來(lái)回憶一下橫波和縱波。

問(wèn)題一：請(qǐng)同學(xué)回答一下橫波和縱波有什么區(qū)別？ 生：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和傳播方向如果平行則為縱波；振動(dòng)方向和傳播方向垂直的則是橫波。

師：很好。我們從傳播方向上可以區(qū)別它們。那如果有一列波，我們?nèi)庋塾^察不到它的振動(dòng)情況，問(wèn)題二：比如說(shuō)光波，我們?cè)撊绾蝸?lái)判斷它究竟屬于橫波還是縱波？（讓學(xué)生思考，同桌討論，并視情況決定是否提問(wèn)。）

師：光我們是可以常見(jiàn)的，但是它屬于橫波還是縱波我們好象沒(méi)有辦法判斷?，F(xiàn)在我提供一種判斷橫波和縱波的方法，請(qǐng)同學(xué)們看看能不能在這個(gè)基礎(chǔ)上也設(shè)計(jì)一個(gè)判斷光是橫波還是縱波的方法。

（課件1的演示，縱波能夠通過(guò)，而橫波必須在特定情況下才能夠通過(guò)）

問(wèn)題三：好，現(xiàn)在就請(qǐng)同學(xué)們幫我設(shè)計(jì)一個(gè)能夠判斷光是橫波還是縱波的實(shí)驗(yàn)。

（讓學(xué)生回答，篩選出合適的方案）

師：這個(gè)方案不錯(cuò)，不過(guò)我們還得再仔細(xì)考慮一個(gè)問(wèn)題：那就是這個(gè)狹縫的寬度大概有多少？我們不難想象，如果縫很寬，那不管怎么轉(zhuǎn)動(dòng)光還是可以穿過(guò)來(lái)的，因此，縫的寬度要小于光波的振幅。好象很不容易做到。幸好科技發(fā)達(dá)，這個(gè)問(wèn)題科學(xué)家已經(jīng)問(wèn)我們解決了。

取出偏振片給學(xué)生觀察，并且說(shuō)明該偏振片可以看成由很多細(xì)小的狹縫組成。演示1：讓學(xué)生觀察黑板上的字：將一個(gè)偏振片覆蓋在上面，轉(zhuǎn)動(dòng)，看看字跡是否會(huì)消失。演示2：讓一束電筒光束通過(guò)偏振片，讓學(xué)生觀察當(dāng)偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)透過(guò)偏振片的光線是否會(huì)消失。

問(wèn)題四：請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)剛才的現(xiàn)象作出判斷。

生：經(jīng)過(guò)偏振片后的光線亮度不變，所以判斷出光應(yīng)該是縱波。

師：不錯(cuò)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很明白的告訴了我們，光應(yīng)該是屬于縱波。很長(zhǎng)一段時(shí)間來(lái)，科學(xué)家們也認(rèn)為光應(yīng)該是縱波。但是無(wú)意中的一些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了一些無(wú)法解釋的現(xiàn)象。下面我們就來(lái)看究竟是什么現(xiàn)象。

我們來(lái)觀察這樣的現(xiàn)象：

1．讓激光通過(guò)偏振片，看激光束亮度的變化。

2． 讓兩塊偏振片相交轉(zhuǎn)動(dòng)，讓學(xué)生觀察黑板上的字有沒(méi)有變化，讓手電筒光束通過(guò)兩塊偏振片，轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，看透過(guò)的光束亮度有否變化？

師：如何解釋這樣的現(xiàn)象？光究竟是不是縱波？（設(shè)問(wèn)）

總結(jié)：光如果是縱波，那這樣的現(xiàn)象是無(wú)法解釋的；那如果是橫波，是怎樣的橫波呢？如何來(lái)解釋看起來(lái)似乎前后矛盾的結(jié)果？ 經(jīng)過(guò)科學(xué)家的不懈努力，終于解決了這個(gè)問(wèn)題，并且確定了光應(yīng)該是橫波。也說(shuō)明有些光有特定的振動(dòng)方向，有些光各個(gè)方向的振動(dòng)情況相同（向?qū)W生說(shuō)明自然光、偏振光）定義：

偏振光：在垂直于傳播方向的平面上只沿著一個(gè)特定的方向振動(dòng)的光

自然光：與傳播方向垂直的各個(gè)方向振動(dòng)的光波強(qiáng)度都相同，這樣的光稱之為自然光。（太陽(yáng)、電燈等直接發(fā)出的光）

偏

振：橫波只沿著某一個(gè)特定的方向振動(dòng)，稱為波的偏振。

師：我們常見(jiàn)的光，除了太陽(yáng)、燈泡等直接發(fā)出的光為自然光外，其他大多數(shù)反射光、折射光都屬于偏振光。

下面就請(qǐng)同學(xué)們一起來(lái)看橫波的解釋。

（演示flash 課件2，）

下面我們小結(jié)一下剛才的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論

光的偏振現(xiàn)象并不罕見(jiàn)．除了從光源（如太陽(yáng)、電燈等）直接發(fā)出的光以外，我們通常看到的絕大部分光，都是偏振光．自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光入射的方向合適，使反射光與折射光之間的夾角恰好是90°，這時(shí)，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直．

師：光的偏振現(xiàn)象有很多應(yīng)用：

1．如果要拍攝玻璃櫥窗里的陳列物或者水面之下的物體，或者遠(yuǎn)處的建筑物天空等物體，由于光的反射或者空氣的散射，不容易拍攝清楚；而如果在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片，那就可以減弱反射而使拍攝的景物清晰。

2．立體電影就是應(yīng)用偏振的原理來(lái)觀察的。

《立體電影》的故事

兩個(gè)人去看一部新的立體電影，電影一開(kāi)始就是令人緊張的滑行軌道車場(chǎng)面。電影剛放映，其中的一個(gè)人的臉就變成了淺綠色。

“對(duì)不起，”他對(duì)他的同伴說(shuō)，“我得離開(kāi)這兒。我覺(jué)得惡心。” “你能不能坐下，別像一個(gè)小孩子！”同伴要求說(shuō)，“這只是一部電影?！?一分鐘后軌道車呼嘯著滑下一個(gè)陡坡，第一個(gè)人呻吟著說(shuō)：“我想呼吸一些新鮮空氣?！?“坐下，”他的朋友小聲說(shuō)，“你太使我難堪了，這是一部電影?！?幾秒鐘后那人臉色灰白站了起來(lái)?！拔业纳系?，”他說(shuō)，“我不能呆在這兒了，我一定得離開(kāi)。” “聽(tīng)著，”他的同伴吼叫著，“你能不能坐下，要不我們都得從這玩意兒里摔出去，去見(jiàn)上帝！”

這個(gè)故事無(wú)非就是告訴我們立體電影非常逼真，那它究竟是用的什么原理呢？立體電影是用兩個(gè)鏡頭如人眼那樣從兩個(gè)不同方向同時(shí)拍攝下景物的像，制成電影膠片。在放映時(shí)，通過(guò)兩個(gè)放映機(jī)，把用兩個(gè)攝影機(jī)拍下的兩組膠片同步放映，使這略有差別的兩幅圖像重疊在銀幕上。這時(shí)如果用眼睛直接觀看，看到的畫面是模糊不清的，要看到立體電影，就要在每架電影機(jī)前裝一塊偏振片，它的作用相當(dāng)于起偏器。從兩架放映機(jī)射出的光，通過(guò)偏振片后，就成了偏振光。左右兩架放映機(jī)前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而產(chǎn)生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直。這兩束偏振光投射到銀幕上再反射到觀眾處，偏振光方向不改變。觀眾用上述的偏振眼鏡觀看，每只眼睛只看到相應(yīng)的偏振光圖象，即左眼只能看到左機(jī)映出的畫面，右眼只能看到右機(jī)映出的畫面，這樣就會(huì)像直接觀看那樣產(chǎn)生立體感覺(jué)。這就是立體電影的原理。

當(dāng)然，實(shí)際放映立體電影是用一個(gè)鏡頭，兩套圖象交替地印在同一電影膠片上，還需要一套復(fù)雜的裝置，這里就不涉及了。

3、光的偏振其實(shí)是一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象，我們用的計(jì)算器上的液晶顯示屏也用到了光的偏振原理。光的偏振這部分內(nèi)容如果深入下去其實(shí)還有很多值得研究的地方，但我們中學(xué)里不再要求深入，點(diǎn)到為止。如果有興趣的同學(xué)將來(lái)可以再去搞研究。

4、汽車車燈和前窗擋風(fēng)玻璃都是偏振片偏振方向相同，且與水平方向成450.5、據(jù)科學(xué)家研究，蜜蜂通過(guò)觀察光的偏振來(lái)確定方向。

三、歸納小結(jié)：

一、光的偏振態(tài)

自然光、線偏振光、部分偏振光

二、線偏振光的獲得

偏振片法、反射和折射法

三、偏振光的應(yīng)用實(shí)例

照相、立體電影、汽車車燈、液晶顯示、生物視覺(jué)等等

四、布置作業(yè)：

五、板書設(shè)計(jì)：

一、光的偏振態(tài)

自然光、線偏振光、部分偏振光

二、線偏振光的獲得

偏振片法、反射和折射法

三、偏振光的應(yīng)用實(shí)例

照相、立體電影、汽車車燈、液晶顯示、生物視覺(jué)等等

本節(jié)課就上到這里。

教學(xué)反思：

第二篇：13.6 光的偏振教案

衡陽(yáng)縣一中高二物理組

全新課標(biāo)理念，集體智慧結(jié)晶

第六節(jié) 光的偏振

教學(xué)目標(biāo)：

（一）知識(shí)與技能

1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)振動(dòng)中的偏振現(xiàn)象，知道只有橫波有偏振現(xiàn)象。

2、了解偏振光和自然光的區(qū)別，從光的偏振現(xiàn)象知道光是橫波。

3、了解日常見(jiàn)到的光多數(shù)是偏振光，了解偏振光在生產(chǎn)生活中的一些應(yīng)用。

（二）過(guò)程與方法

1、通過(guò)機(jī)械波的偏振實(shí)驗(yàn)和光的偏振實(shí)驗(yàn)掌握類比研究物理問(wèn)題的方法。

2、通過(guò)對(duì)光的偏振應(yīng)用的學(xué)習(xí)，提高應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀

通過(guò)課外活動(dòng)觀察光的偏振現(xiàn)象培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際學(xué)習(xí)物理的觀念和習(xí)慣。教學(xué)重點(diǎn)：

光的偏振實(shí)驗(yàn)的觀察和分析。教學(xué)難點(diǎn)：

光振動(dòng)與自然光和偏振光的聯(lián)系。教學(xué)方法：

通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象使學(xué)生認(rèn)清機(jī)械波中橫波的偏振現(xiàn)象，再通過(guò)機(jī)械波與光波的類比，實(shí)現(xiàn)輕松過(guò)渡，形成概念明確規(guī)律，并在應(yīng)用中深化知識(shí)的理解。教學(xué)用具：

柔軟的長(zhǎng)繩一根，帶有狹縫的木板兩塊，細(xì)軟的彈簧一根，電氣石晶體薄片或人造偏振片兩片，投影儀。教學(xué)過(guò)程：

（一）引入新課

（復(fù)習(xí)橫波和縱波的概念）

教師：請(qǐng)同學(xué)們回憶一下機(jī)械波一節(jié)內(nèi)容，舉例說(shuō)說(shuō)什么是橫波？什么是縱波？

學(xué)生：振動(dòng)方向和傳播方向垂直的波叫橫波，抖動(dòng)水平軟繩時(shí)產(chǎn)生的波就是橫波。振動(dòng)方向和傳播方向在一條直線上的波叫縱波，像水平懸掛的彈簧一端振動(dòng)時(shí)形成的沿彈簧傳播的波。衡陽(yáng)縣一中高二物理組

全新課標(biāo)理念，集體智慧結(jié)晶

教師：通過(guò)前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道光具有波動(dòng)性，那么光波究竟是橫波還是縱波呢？

這節(jié)課我們要學(xué)習(xí)的偏振現(xiàn)象，可以說(shuō)明光是橫波。

（二）新課教學(xué)

1、偏振現(xiàn)象

演示實(shí)驗(yàn)一：

介紹課本圖13.6－1裝置，教師演示，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察波傳到狹縫時(shí)的情況，看波能否通過(guò)狹縫傳到木板的另一側(cè)。

現(xiàn)象：對(duì)繩上形成的橫波，當(dāng)狹縫與振動(dòng)方向一致時(shí)，波不受阻礙，能通過(guò)狹縫，而當(dāng)狹縫與振動(dòng)方向垂直時(shí)，波被狹縫擋住，不能通過(guò)狹縫傳到木板另一端，對(duì)彈簧上形成的縱波，無(wú)論狹縫怎樣放置，彈簧上疏密相間的波均能順利通過(guò)狹縫傳播到木板另一側(cè)。

教師補(bǔ)充：在繩上橫波傳播過(guò)程中，當(dāng)狹縫既不與振動(dòng)方向平行也不與振動(dòng)方向垂直時(shí)，有部分振動(dòng)能通過(guò)狹縫。橫波的這種現(xiàn)象稱為偏振現(xiàn)象，大家看到，縱波不會(huì)發(fā)生偏振現(xiàn)象，根據(jù)是否能發(fā)生偏振，我們可以判斷一個(gè)機(jī)械波是橫波還是縱波。雖然這種方法對(duì)判斷機(jī)械波并非必要，但我們可以借助這種方法來(lái)判斷光波是橫波還是縱波。

演示實(shí)驗(yàn)二：

（教師介紹裝置，強(qiáng)調(diào)起偏器P和檢偏器Q的作用，演示同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察隨著檢偏器Q的轉(zhuǎn)動(dòng)屏上光照強(qiáng)度的變化）

教師：請(qǐng)大家看這個(gè)薄片，它在我們這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中的作用與前面的帶有狹縫的木板類似，它上面有一個(gè)特殊的方向稱透振方向，只有振動(dòng)方向與透振方向平行的光波才能透過(guò)偏振片，下面請(qǐng)大家認(rèn)真觀察。

現(xiàn)象1：用一個(gè)起偏器觀察自然光，偏振片是透明的，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)P時(shí)，透射光強(qiáng)度不變。［投影］

提問(wèn)：同學(xué)們能由此得到什么結(jié)論嗎？ 學(xué)生：光是縱波。

教師：怎么得到這個(gè)結(jié)論的呢？ 學(xué)生：與前面縱波實(shí)驗(yàn)類比得到的。衡陽(yáng)縣一中高二物理組

全新課標(biāo)理念，集體智慧結(jié)晶

教師：大家有沒(méi)有考慮過(guò)假如波是橫波而且沿各個(gè)方向都有振動(dòng)的情況呢？（學(xué)生默然，教師繼續(xù)演示）

現(xiàn)象2：加上檢偏器Q，當(dāng)Q的透振方向與P的透振方向一致時(shí)，透射光強(qiáng)度最大。［投影］

現(xiàn)象3：以光傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)時(shí)，透射光強(qiáng)度減弱。當(dāng)Q與P透振方向垂直時(shí)，屏上最暗，光強(qiáng)幾乎為零。［投影］

教師：現(xiàn)在大家能判斷光是橫波還是縱波了嗎？ 學(xué)生：能，是橫波。

教師：那現(xiàn)象1是怎么回事呢？原來(lái)，我們這里用的太陽(yáng)光源包含了垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且各個(gè)方向振動(dòng)的光波強(qiáng)度都相同，這種光叫自然光。通過(guò)起偏器后，這種光就只能沿著一個(gè)特定方向振動(dòng)，這種光叫做偏振光。橫波只沿著某一個(gè)特定方向振動(dòng)，稱為波的偏振。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。

其實(shí)，除了從太陽(yáng)、電燈這樣一些從光源直接發(fā)出的光外，通常看到的絕大部分光都是偏振光，請(qǐng)大家看課本圖13.6－4，在這里反射光和折射光都是偏振光，且兩者偏振方向相互垂直。

引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，了解光的偏振現(xiàn)象是一種常見(jiàn)現(xiàn)象，只是我們不能用肉眼直接察覺(jué)罷了。

2、偏振現(xiàn)象的應(yīng)用

［投影］光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用（1）偏振濾光片（2）車燈玻璃和擋風(fēng)玻璃（3）偏光眼鏡（觀看立體電影）（4）拍攝水面景物（5）液晶顯示

（引導(dǎo)學(xué)生分析這些應(yīng)用的原理，鼓勵(lì)學(xué)生從生產(chǎn)生活中查找偏振應(yīng)用實(shí)例，條件許可還可教學(xué)生自制偏振片）。

（三）課堂小結(jié)

本節(jié)課我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)習(xí)了波的偏振現(xiàn)象。了解了自然光、偏振光的概念，并知道只有橫波才有偏振現(xiàn)象。還了解了偏振現(xiàn)象的一些應(yīng)用。衡陽(yáng)縣一中高二物理組

全新課標(biāo)理念，集體智慧結(jié)晶

（四）布置作業(yè)

1、完成“問(wèn)題與練習(xí)”中的題目。

2、課后閱讀“科學(xué)漫步”――立體電影和偏振光。

第三篇：高中物理人教版選修34《13.6光的偏振》教學(xué)設(shè)計(jì)

《光的偏振》教學(xué)設(shè)計(jì)

浙江省富陽(yáng)市二中 方霞

一、新課引入

實(shí)驗(yàn)演示：教師將一塊偏振片在筆記本電腦前轉(zhuǎn)動(dòng)，請(qǐng)學(xué)生觀察屏幕的變化情況。

電腦屏幕隨著偏振片的轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)生明顯的明暗的變化。如圖1所示。學(xué)生觀察到這一奇妙的現(xiàn)象時(shí)，都不由地發(fā)出驚嘆聲，不禁問(wèn)道：為什么會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象呢？學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性被充分調(diào)動(dòng)起來(lái)。

圖1

教師告訴學(xué)生手中的這片圓形薄片叫偏振片，這種現(xiàn)象稱為偏振現(xiàn)象。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象呢，這是本堂課要解決的重要內(nèi)容之一，希望大家在觀察接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和現(xiàn)象分析后都能知道其中的原因。

二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、現(xiàn)象解釋

波有橫波和縱波之分，光是橫波還是縱波，是否所有的波都有偏振現(xiàn)象，日常生活中有哪些常見(jiàn)的偏振現(xiàn)象，對(duì)我們的生活有些什么樣的影響，我們一起來(lái)學(xué)習(xí)和探討。

為了更好的理解和解釋光的偏振現(xiàn)象，我們從直觀、具體的機(jī)械波的分析入手。

（一）機(jī)械波的偏振實(shí)驗(yàn)演示

實(shí)驗(yàn)1：取一軟繩和中間有一“狹縫”的硬紙板，使軟繩從“狹縫”中穿過(guò)，請(qǐng)兩位同學(xué)分別控制繩的兩端，其中一端固定不動(dòng)，另一端的同學(xué)上下抖動(dòng)，形成一列繩波。調(diào)節(jié)狹縫的方向，第一次與繩波的振動(dòng)方向相同，第二次與繩波的振動(dòng)方向垂直，觀察繩波經(jīng)過(guò)狹縫后的現(xiàn)象。

現(xiàn)象：繩波的振動(dòng)方向與狹縫的方向平行時(shí)，傳播情況正常；振動(dòng)方向與狹縫方向垂直時(shí)，繩波經(jīng)過(guò)狹縫后消失?，F(xiàn)象如圖2所示。

圖2

實(shí)驗(yàn)2：用一彈簧經(jīng)過(guò)“狹縫”，輕撥彈簧，形成一列彈簧波。旋轉(zhuǎn)狹縫方向，觀察彈簧波的情況。

現(xiàn)象：無(wú)論“狹縫”如何，彈簧波均正常傳播，如圖3所示。

圖3

結(jié)論：橫波的振動(dòng)方向與狹縫方向垂直時(shí)，波的傳遞受到影響，這種現(xiàn)象就是偏振現(xiàn)象，偏振是橫波特有的現(xiàn)象。

光波是橫波還是縱波，也可用類似的方法檢驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)3：利用偏振片檢驗(yàn)自然光是橫波還是縱波。

偏振片介紹：偏振片由特定的材料制成，每個(gè)偏振片都有一個(gè)特定的方向，只有沿著這個(gè)方向振動(dòng)的光波才能通過(guò)偏振片，這個(gè)方向叫做“透振方向”。偏振片對(duì)光波的作用就象“狹縫”對(duì)機(jī)械波的作用一樣。

偏振光介紹：只沿著某個(gè)特定方向振動(dòng)的光。

自然光介紹：太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。如圖4所示。

圖4

重復(fù)實(shí)驗(yàn)1的演示實(shí)驗(yàn)，再次觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

電腦屏幕本質(zhì)上是一片偏振片，圓形薄片是另一片偏振片，當(dāng)光束通過(guò)第一片偏振片P（起偏器）之后（如圖5所示），旋轉(zhuǎn)第二塊偏振片Q（檢偏器），可以看見(jiàn)光斑亮度周期性變化。當(dāng)兩個(gè)偏振片平行時(shí)，透光最強(qiáng)。當(dāng)兩個(gè)偏振片垂直時(shí)，透光最弱。如圖5所示。

圖5

通過(guò)分析，請(qǐng)學(xué)生嘗試類比機(jī)械波的偏振來(lái)解釋上面的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

當(dāng)激光通過(guò)第一片偏振片P后，相當(dāng)于被“狹縫”卡了一下，只有振動(dòng)方向跟“狹縫”方向平行的光才能通過(guò)，激光通過(guò)偏振片P（起偏器）后雖然變成了偏振光，但由于沿各個(gè)方向的振動(dòng)情況相同，無(wú)論偏振片透振方向如何，都會(huì)有相同強(qiáng)度的光透射過(guò)來(lái)，再通過(guò)第二塊偏振片Q（檢偏器）時(shí)就不同了。無(wú)論旋轉(zhuǎn)哪塊偏振片，當(dāng)兩塊偏振片透振方向相同時(shí)，透射光最強(qiáng)，當(dāng)兩偏振片透振方向垂直時(shí)，透射光完全消失，最弱。

上面的實(shí)驗(yàn)表明，光是一種橫波。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。

三、偏振現(xiàn)象的應(yīng)用

光的偏振現(xiàn)象并不罕見(jiàn)。除了從太陽(yáng)、電燈等光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時(shí)，反射光和折射光都是偏振光，入射角發(fā)生變化時(shí)，偏振的程度也發(fā)生變化。因此當(dāng)我們直接觀察、拍攝櫥窗、水中的物體時(shí)，有些時(shí)候會(huì)圖象不清、非常含糊，這些都是“光的偏振”惹的禍，只有合理地利用偏振片，我們才能看到清晰的影象。

1．教師展示一組圖片，同時(shí)告訴學(xué)生這組圖片是用同一相機(jī)拍攝而得，區(qū)別在于拍攝后一圖片時(shí)在鏡頭上多加偏振片。

2．計(jì)算器的屏幕

發(fā)給學(xué)生一些事先準(zhǔn)備好的計(jì)算器上的顯示膜，請(qǐng)學(xué)生旋轉(zhuǎn)計(jì)算器的顯示薄膜，觀察窗外的景色，親自體驗(yàn)光的偏振現(xiàn)象。

學(xué)生觀察窗外的景色時(shí)，都露出了會(huì)心的微笑，很多同學(xué)不由地說(shuō)道：“原來(lái)如此！”正如華盛頓國(guó)家圖書館墻壁上所寫：“我聽(tīng)見(jiàn)了就忘了，我看見(jiàn)了就記住了，我做了就理解了”，體驗(yàn)是最好、最有效的學(xué)習(xí)。

3．偏振光眼鏡（Polaris coPe）

釣具輔助具之一。指釣者在釣魚時(shí)用于觀察水面、浮漂時(shí)，可消除浮漂、水面反光的特種眼鏡。該鏡還可防止陽(yáng)光刺眼。其鏡片顏色有茶色、灰色和墨綠色。其原理是在光波中有自然光和偏振光兩種。自然光的電磁波是向四面八方振動(dòng)的，即所謂出現(xiàn)光線的漫反射。這樣，釣者用肉眼和普通太陽(yáng)鏡觀察水面上的浮原時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒影，加上水面波紋閃動(dòng)反光，很難看清浮漂。而偏振鏡片中間的膠膜內(nèi)含有無(wú)數(shù)細(xì)小的桿狀晶體，均朝一個(gè)方向順序均勻地排列，故通過(guò)偏振眼鏡后的光線只能朝一個(gè)方向振動(dòng)、影象清晰。

4．影院的“3D”眼鏡

觀看“3D”電影時(shí)觀眾佩帶的“3D”眼鏡是專門設(shè)計(jì)和制造了適合于觀看柱面電影的柱面偏振光眼鏡（即“立體眼鏡”）。使觀眾看到的影片左眼和右眼的圖像不同，這樣反映到人腦中的影像就是3D影像，從而創(chuàng)造置身其中的立體視覺(jué)空間。

5．車燈玻璃和擋風(fēng)玻璃

汽車在夜間行駛時(shí)必須打開(kāi)車燈，但是車燈的強(qiáng)炫光會(huì)影響迎面來(lái)車的司機(jī)的視線，為了行車安全，而不得不使用小燈，這樣勢(shì)必會(huì)影響行車速度和能見(jiàn)度，帶來(lái)不小的安全隱患。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有人設(shè)法在車燈和擋風(fēng)玻璃上覆蓋一片其透射軸方的擋風(fēng)玻璃（偏振片），通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，汽車前燈覆蓋的偏振片其透射軸為667，而擋風(fēng)玻璃覆蓋的偏振片其透射軸為567安裝，效果最佳，這樣既能消除車燈的強(qiáng)烈炫光，又能看見(jiàn)迎面開(kāi)來(lái)的車輛。

四、課堂小結(jié)

1．光是一種橫波。

2．偏振現(xiàn)象是橫波特有的現(xiàn)象。

五、課外拓展

請(qǐng)學(xué)生到圖書館或上網(wǎng)查詢偏振的相關(guān)知識(shí)，了解生活中更多的偏振現(xiàn)象，嘗試寫一篇物理小論文。

六、教學(xué)反思

1．本堂課教學(xué)設(shè)計(jì)很好的體現(xiàn)了的教學(xué)目標(biāo)：

①觀察振動(dòng)中的偏振現(xiàn)象，知道只有橫波才有偏振現(xiàn)象。

②知道偏振光和自然光的區(qū)別，能運(yùn)用偏振知識(shí)來(lái)解釋生活中的一些常見(jiàn)光學(xué)現(xiàn)象。

2．機(jī)械波的偏振現(xiàn)象和光的偏振現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，符合中學(xué)生由具體到抽象、由表及里的思維特點(diǎn)，合理搭建了學(xué)生學(xué)習(xí)的平臺(tái)，有利于學(xué)生理解光波是橫波的本質(zhì)。同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力。

3．演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、生活中常見(jiàn)偏振現(xiàn)象介紹，有利于擴(kuò)大學(xué)生視野，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和興趣，培養(yǎng)學(xué)生良好的物理實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，促使學(xué)生培養(yǎng)聯(lián)系實(shí)際學(xué)習(xí)物理的觀念和習(xí)慣。

4．繩波的偏振演示時(shí)繩子材質(zhì)和長(zhǎng)度的選擇對(duì)繩波實(shí)驗(yàn)演示的可觀賞性有一定的影響，可選擇密度偏大，韌性較好、長(zhǎng)度在2米左右的繩子。

5．課堂教學(xué)中還可進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生與教師的互動(dòng)，給學(xué)生更多的討論、自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，注重學(xué)生個(gè)性與共性的發(fā)展。

第四篇：偏振總結(jié)

《偏振成像技術(shù)的進(jìn)展》

趙勁松

1.什么是偏振光？自然光是非偏振光，還是偏振光？

光波電矢量振動(dòng)的空間分布相對(duì)于光的傳播方向是對(duì)稱的，這種光稱為自然光。光波電矢量振動(dòng)的空間分布對(duì)于光的傳播方向失去對(duì)稱性的現(xiàn)象叫做光的偏振。因此，自然光與偏振光是兩個(gè)相對(duì)的概念，自然光是完全非偏振光。

2.用什么參數(shù)描述偏振光？

Stokes向量：可以描述偏振光，部分偏振光和自然光。Jones矢量：[Ex,Ey]=[E0xe-i?1

E0ye-i?2]只能描述偏振光。邦加球：

3.光的傳播方式（自發(fā)輻射、反射、散射、透射和衍射）如何影響光的偏振特性，如何定量描述？

4.Fresnel 公式、Jones 矩陣、Mueller 矩陣在光波偏振現(xiàn)象中有何應(yīng)用？ 5.Rayleigh 散射和 Mie散射對(duì)光波的起偏作用及其異同點(diǎn)是什么？ 6.人造（目標(biāo)）物體與自然（背景）物體的偏振特性有何差異？ 7.偏振成像的工作原理是什么？ 8.有哪些技術(shù)方案可以實(shí)現(xiàn)偏振成像？

9.在設(shè)計(jì)偏振成像系統(tǒng)時(shí)，空間和時(shí)間分辨率如何權(quán)衡？ 10.偏振信息如何進(jìn)行圖像融合處理,以及可視化顯示？ 11.誤偏振信息的來(lái)源是什么，如何校正之？ 12.偏振成像有什么用途？

13.不同波段的偏振成像有何差別？ 14.如何研制偏振光學(xué)元器件？ 15.如何研制偏振探測(cè)器？

16.偏振光學(xué)元件和偏振成像整機(jī)性能如何描述和檢測(cè)？ 17.偏振成像如何建模和仿真？

18.在設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，偏振光線如何追跡？

19.如何建立偏振點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（Polarization PSF），偏振傳遞函數(shù)（Polarization MTF）和噪聲等效線偏振度（Noise Equivalent Degree of Linear Polarization）數(shù)學(xué)模型，如何測(cè)量之？

問(wèn)題：

1.什么是線偏振度（DoLP）？

Exp(ix)＝cos x＋i sinx 1.1 Stokes向量

斯托克斯向量S=[S0,S1,S2,S3];S0=I=Ex2+Ey2；S1=I0°-I90°= Ex2-Ey2；S2=I45°-I-45°=2ExEycos?；S3=Ir-Il=2ExEysin?

1.2 偏振度(DoP)光束中偏振部分的光強(qiáng)度和整個(gè)光強(qiáng)度之比值。可表示為：

DoP=(S12+S22+S32)1/2/S0

DoP表達(dá)式原因：對(duì)于完全偏振光有S12+S22+S32=S02

1.3 偏振度測(cè)量：

測(cè)量原理（1）：根據(jù)Muller矩陣測(cè)量；

（1）示例：

令被討論的光分別通過(guò)以下四塊濾色片F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4：①每個(gè)濾色片對(duì)自然光的透過(guò)率為0.5；②每個(gè)濾色片的通過(guò)面均垂直于入射光；③F1各向同性，對(duì)任何入射光作用相同；F2透過(guò)軸沿x軸；F3透過(guò)軸與x軸夾角45°；F4對(duì)左旋圓偏振光不透過(guò)。測(cè)出通過(guò)濾色片后的光強(qiáng)I0，I1，I2，I3，則斯托克斯參量為

S0=2I0

S1=2I1-2I0 S2=2I2-2I0 S3=2I3-2I0 原理

a.光軸與x軸夾角為θ的線偏振片的Muller矩陣為

?1?1?cos2?M?2?sin2???0cos2?cos22?sin2?cos2?0sin2?sin2?cos2?sin22?00?0?? 0??0?b.延遲量為?，快軸為θ的理想線性相位延遲期的Muller矩陣為

?1?0M???0??00cos2??cos?sin2??1?cos??sin2?cos2?sin?sin2?220?1?cos??sin2?cos2?cos?cos22??sin22??sin?cos2???sin?sin2??? sin?cos2???cos??0C． 左旋圓偏振片：相當(dāng)于光先經(jīng)過(guò)一個(gè)45°線偏振片，再經(jīng)過(guò)1/4玻片，其Muller矩陣可表示為：

?1?1?0M?2?0??00??1?0100???001??1??0?10??000010??1?0000?1???010?2?0??000???10?000?? 000??0?10?01測(cè)量光束的Stokes向量為S=[S0,S1,S2,S3]；

經(jīng)過(guò)F1后，S(Null)=1/2[S0,S1,S2,S3]，因此I0=1/2 S0； 經(jīng)過(guò)F2后，S(0°)=1/2[S0+S1,S0+S1,0,0]，因此I1=1/2(S0+S1)； 經(jīng)過(guò)F3后，S(45°)= 1/2[S0+S2, 0, S0+S2,0]，因此I2=1/2(S0+S2)； 經(jīng)過(guò)F4后，S(R)=1/2[S0+S3,0,0, S0+S3]，因此I3=1/2(S0+S3)；

∴ 得出 S0=2I0；S1=2I1-2I0；S2=2I2-2I0；S3=2I3-2I0；

（2）示例：

把待測(cè)光分為4束，光信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的光路:第1路直接進(jìn)入探測(cè)器(I0)； 第2、3路經(jīng)起偏器后進(jìn)入探測(cè)器，兩個(gè)起偏器透光軸的夾角為45°(I1,I2)；第4路先經(jīng)1/4波片，然后經(jīng)起偏器后進(jìn)入探測(cè)器，該起偏器的透光軸與第3路相同(I3)。用4個(gè)光探測(cè)器同時(shí)完成對(duì)某一瞬時(shí)Stokes矢量的測(cè)量, 然后計(jì)算DoP。

原理：

快軸方向?yàn)?°的相位延遲器的Muller矩陣為

?1?1?0M?2?0??00?100?? 0cos?sin???0?sin?cos??00光軸與x軸夾角為θ的線偏振片的Muller矩陣為

?1?1?cos2?M?2?sin2???0cos2?cos2?sin2?cos2?02sin2?sin2?cos2?sin22?00?0?? 0??0?光經(jīng)過(guò)相位延遲器，再經(jīng)過(guò)線性偏振片后，光強(qiáng)可表示為：

I(θ,?)=1/2[S0+S1cos2θ+S2sin2θcos?+S3sin2θsin?] 可以得出：

S0=2I0

S1=2I(0°, ?)-2I0

S2=2I(45°,0)-2I0 S3=2I(45°,π/2)-2I0

1.4 偏振片的方向怎么控制？

根據(jù)Stokes向量的推導(dǎo)過(guò)程，x、y軸是一個(gè)參考方向。

1.5 線偏振度(DoLP)光束中線偏振光的光強(qiáng)度和整個(gè)光強(qiáng)度之比值?？杀硎緸椋?/p>

DoP=(S12+S22+)1/2/S0 DoLP表達(dá)式原因：對(duì)于完全線偏振光有S12+S22=S02

2.Muller矩陣的推導(dǎo) 2.1 偏振器件的Muller矩陣

假設(shè)入射光的x、y方向的場(chǎng)強(qiáng)分別為Ex、Ey；通過(guò)器件后出射光x、y方向的場(chǎng)強(qiáng)分別為Ex?=pxEx，Ey?=pyEy。則： 入射光Stokes向量為： **S??EE?EExxyy? ExEx*?EyEy*ExEy*?EyEx*i?ExEy*?EyEx*????11?1?1???00??00001i0??ExEx*??*?EE0?yy???*1??ExEy????*EE?i???yx??

出射光Stokes向量為：

2*2*S????pxExEx?pyEyEypx2ExEx*?py2EyEy*??ExEx*??px2???2*?EE??yy???pxpxpy??ExEy*??0????*?ipxpy?EE???yx????000002pxpy0??S0???S0??1??0??S2????2pxpy???S3?0py2?py200pxpyExEy*?pxpyEyEx*00pxpyipxpy??11????1?1pxpy??00???ipxpy???000000ipxpy?ExEy*?EyEx*???0?0??11??i?i??1?px2?2p??x?0??0?py2?py20000pxpyipxpy?S0??S??1??S2????S3??px2?py2?221?px-py?02??0??px2-py2px2?py200∴其Muller矩陣為

?px2?py2?221?px-py02??0??px2-py2px2?py200002pxpy0??0? 0??2pxpy??02.2 線偏振片的Muller矩陣

假設(shè)入射光的光強(qiáng)為E，在x、y軸分量分別為Ex、Ey。偏振片與x軸夾角為θ。出射光光強(qiáng)為E?，在x、y軸分量分別為E?x、E?y。

yEyβEE'yxEβE'θE'xExx

則：Ex=Ecos?

Ey=Esin?

E?x = E?cosθ = Ecos(?-θ)cosθ = Ecos?cos2θ+Esin?sinθcosθ = Excos2θ+Eysinθcosθ E?y = E?sinθ = Ecos(?-θ)sinθ = Exsinθcosθ+Eysin2θ 那么，入射光的Stokes向量可表示為

**S??EE?EExxyy? ExEx*?EyEy*ExEy*?EyEx*i?ExEy*?EyEx*????11?1?1???00??00001i?ExEx*?0??ExEx*???*?*?EEEE0?yyyy??????M**?ExEy?1??ExEy??????**EEEE?i????yx???yx??

出射光的Stokes向量可表示為：

S?0 =(Excos2θ+Eysinθcosθ)(Excos2θ+Eysinθcosθ)*+(Exsinθcosθ+Eysin2θ)(Exsinθcosθ+Eysin2θ)*

= ExE*xcos2θ + ExE*ysinθcosθ + EyE*xsinθcosθ + EyE*ysin2θ

S?1 =(Excos2θ+Eysinθcosθ)(Excos2θ+Eysinθcosθ)*-(Exsinθcosθ+Eysin2θ)(Exsinθcosθ+Eysin2θ)*

= ExE*xcos2θcos2θ + ExE*ysinθcosθcos2θ + EyE*xsinθcosθcos2θ + EyE*ysin2θcos2θ

S?2 =(Excos2θ+Eysinθcosθ)(Exsinθcosθ+Eysin2θ)* +(Excos2θ+Eysinθcosθ)*(Exsinθcosθ+Eysin2θ)

= 2ExE*xcos3θsinθ + 2ExE*ysin2θcos2θ + 2EyE*xsin2θcos2θ + 2EyE*ycos3θsinθ S?3 =0 因此，有

?cos2??2cos?cos2?S????2sin?cos3??0??sin2?sin2?cos2?2sin3?cos?0sin?cos?sin?cos?cos2?2sin2?cos2?0?ExEx*???ExEx*?sin?cos?????*?EyEy*?sin?cos?cos2???EyEy???N *?ExEy*?2sin2?cos2???ExEy??????**EEEE0??????yx???yx?得到：

?cos2??2cos?cos2?-1S??NMS???2sin?cos3??0??sin2?sin2?cos2?2sin3?cos?0sin?cos?sin?cos?cos2?2sin2?cos2?0??11??sin?cos?cos2???1?12sin2?cos2???00??0???00sin?cos?00?00??S11??i?i?0?1?cos2?sin2?sin?cos??2cos?cos2?sin2?cos2?sin?cos?cos2????2sin?cos3?2sin3?cos?2sin2?cos2??000??cos2?sin2?0??1?cos22?sin2?cos2?0?1?cos2??S?2sin2?0?2?sin2?sin2?cos2???0000??sin?cos???11??sin?cos?cos2??1?1?12sin2?cos2??2?00??0???000?00??S1?i??1i? 2.3 快軸方向?yàn)?的相位延遲器的Muller矩陣

假設(shè)相位延遲期在電場(chǎng)正交方向產(chǎn)生的相位延遲兩為?，x方向相位超前?/2，y方向相位落后?/2。則：Ex?=Exe?/2，Ey?=Eye-?/2。

S0??ExEx*?EyEy*?S0S1??ExEx*?EyEy*?S1S2??e?ExEy*?e??EyEx*?cos??ExEy*?EyEx*??sin??ExEy*?EyEx*??cos?S2?sin?S3S3??e?iExEy*?e??iEyEx*?icos??ExEy*?EyEx*??sin??ExEy*?EyEx*???sin?S2?cos?S3

?S???0??1?S1???0∴

?????S2???0???0???S3???010??S0???0???S1?

0cos?sin???S2????0?sin?cos???S3?002.4 反射的偏振特性

（1）電介質(zhì)(不考慮介質(zhì)吸收)假設(shè)在介質(zhì)1中，入射光的Stokes向量為：

S0?EsEs*?EpEp*S1?EsEs*?EpEp*S2?EsEp*?EpEs*S3?i?EsEp*?iEpEs*?

則反射光的Stokes向量為：

??rs2EsEs*?rp2EpEp*S0S1??rs2EsEs*?rp2EpEp*??rsrpEsEp*?rsrpEpEs*S2S3??irsrp?EsEp*?iEpEs*?

式中，rs和rp分別表示入射光s分量和p分量菲涅爾反射系數(shù)?？梢郧蠼獬鲭娊橘|(zhì)的反射Muller矩陣為： ?r2s?r2p?221?rs?rpM?2?0???0r2s?r2pr2s?r2p00002rsrp0?????2rsrp??000?cos2??i??r??cos2??i??r?cos2??i??r?-cos2??i??r??002??2222001?tan??i??r???cos??i??r?-cos??i??r?cos??i??r??cos??i??r????????2?sin???00-2cos???cos???0??????ir?irir???000-2cos??i??r?cos??i??r?????

同理，可以求出電介質(zhì)的透射Muller矩陣為：

?t2s?t2p?221?ts?tpM?2?0???0t2s?t2pt2s?t2p00002tstp0?????2tstp??000?cos??i??r??1cos??i??r??1?00?2?200?cos??i??r??1cos??i??r??1???002cos??i??r?0??0002cos??i??r?????22

?sin2?isin2?r2?cos??i??r?sin??i??r??2（2）具有復(fù)折射率的材質(zhì)的Muller矩陣

——同時(shí)考慮材質(zhì)的反射、吸收、折射，計(jì)算得到材質(zhì)表面的反射Muller矩陣

一般材質(zhì)，具有反射、折射、吸收特性。其復(fù)折射率為?=n+ik，n表示折射率，k表示吸收因子。下式解出的為反射率和透射率。

反射Muller矩陣為：

??2s??2p?221??s??pM?02??0???2s??2p?2s??2p00002?s?p0??s??p??????sp1?M????2?0??02?s?p???000?s??p?s??p00002?s?p0?0?? 0??2?s?p??0（3）雙向偏振反射

Collet從電介質(zhì)和金屬表面推出了第一表面反射的米勒矩陣。對(duì)電介質(zhì)，米勒矩陣為：

這里。

金屬的彌勒矩陣為：

（3.77）

其中。

分別表示垂直入射平面和平行入射平面偏振的相位變化。由于材質(zhì)的折射率是個(gè)復(fù)數(shù)，這些相位變化可能會(huì)是非零的。結(jié)合（3.50），（3.51），（3.77），令?=0，可以從式(3.77)得到式(3.76)。

2.5 散射的偏振特性

（1）Mie 散射

主要描述氣溶膠分子的散射（0.1

主要描述大氣分子的散射（?<0.1,其中?=2πr/?）。

（3）大氣Muller矩陣

①

Modtran計(jì)算大氣透過(guò)率?計(jì)算Muller矩陣。難點(diǎn)：如果確定s、p分量的透過(guò)率？ ②

2.6 自發(fā)輻射的偏振特性

黑體是理想的發(fā)射體，可以看作不具有偏振特性。（1）鏡面輻射

材質(zhì)表面反射率可表示為：

其中，ψ表示發(fā)射角：觀測(cè)方向與目標(biāo)表面法線的夾角。由此可以推導(dǎo)出s、p分量的發(fā)射率

目標(biāo)表面輻射的偏振態(tài)可以表示為：

式中，||E||2=||Ex||2+||Ey||2=(?x+?y)Lb(?,T)目標(biāo)表面輻射Stokes向量可以表示為：

(2)粗糙表面的Stokes向量

式中，θ表示觀察方向與目標(biāo)表面法線的夾角。?、?表示微面元法線與目標(biāo)表面法線的夾角、微面元法線在xy平面投影與x軸夾角，它們描述了微面元法線的分布。

?表示粗糙度，單位μm。2.7 DIRSIG中的傳感器Muller矩陣

S表示偏振靈敏度

2.8 偏振成像原理

目標(biāo)輻射（偏振態(tài)S'）入射光(偏振態(tài)S)大氣Muller矩陣M1M1S+M2M1S+S'目標(biāo)反射（Muller矩陣M2）大氣M3(M2M1S+S')（Muller矩陣M3）M5M4M3(M2M1S+S')+S''探測(cè)器響應(yīng)和電路系統(tǒng)效應(yīng)產(chǎn)生Muller矩陣M5和額外Stokes向量S''M4M3(M2M1S+S')光學(xué)系統(tǒng)（Muller矩陣M4）偏振圖像輸出

3.Jones向量與Jones矩陣

Ex=E0xcos(?t-kz+?x)

Ey= E0ycos(?t-kz+?y)Jones向量表示為：

?Exei?x? E??i?y???Eye??

Jones矩陣為

?jJ??11?j21j12? j22??E?=JE 3.1 偏振器件Jones矩陣

假設(shè)入射光的x、y方向的場(chǎng)強(qiáng)分別為Ex、Ey；通過(guò)器件后出射光x、y方向的場(chǎng)強(qiáng)分別為Ex?=pxEx，Ey?=pyEy。則：

?Ex?ei?x??pxExei?x??pxE???i?y?????i?y?0?e???Ey???pyEye???i?0??Exex??i?y? py????Eye??3.2 線偏振片的Jones矩陣

假設(shè)入射光的光強(qiáng)為E，在x、y軸分量分別為Ex、Ey。偏振片與x軸夾角為θ。出射光光強(qiáng)為E?，在x、y軸分量分別為E?x、E?y。Ex=Ecos?

Ey=Esin?

E?x = E?cosθ = Ecos(?-θ)cosθ = Ecos?cos2θ+Esin?sinθcosθ = Excos2θ+Eysinθcosθ E?y = E?sinθ = Ecos(?-θ)sinθ = Exsinθcosθ+Eysin2θ

i?2?Ex?ei?x???Excos??Eysin?cos??ex??cos2????∴ E???i?y???i?y2??sin?cos???Eye????Exsin?cos??Eysin??e???i?sin?cos???Exex? ??i?y?2sin????Eye??4.紅外系統(tǒng)偏振特性分析

4.1 系統(tǒng)信號(hào)響應(yīng)特性對(duì)偏振測(cè)量的影響

（1）傳統(tǒng)測(cè)量方法

把待測(cè)光分為4束，光信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的光路:第1路直接進(jìn)入探測(cè)器(I0)； 第2、3路經(jīng)起偏器后進(jìn)入探測(cè)器，兩個(gè)起偏器透光軸的夾角為45°(I1,I2)；第4路先經(jīng)1/4波片，然后經(jīng)起偏器后進(jìn)入探測(cè)器，該起偏器的透光軸與第3路相同(I3)。用4個(gè)光探測(cè)器同時(shí)完成對(duì)某一瞬時(shí)Stokes矢量的測(cè)量, 然后計(jì)算DoP。

快軸方向?yàn)?°的相位延遲器的Muller矩陣為

?1?1?0M?2?0??00?100?? 0cos?sin???0?sin?cos??00光軸與x軸夾角為θ的線偏振片的Muller矩陣為

?1?1?cos2?M?2?sin2???0cos2?cos22?sin2?cos2?0sin2?sin2?cos2?sin22?00?0?? 0??0?光經(jīng)過(guò)相位延遲器，再經(jīng)過(guò)線性偏振片后，光強(qiáng)可表示為：

I(θ,?)=1/2[S0+S1cos2θ+S2sin2θcos?+S3sin2θsin?] 可以得出：

S0=2I0

S1=2I(0°,0)-2I0

S2=2I(45°,0)-2I0 S3=2I(45°,π/2)-2I0

（2）系統(tǒng)信號(hào)響應(yīng)特性對(duì)偏振測(cè)量的影響

從傳統(tǒng)的Stokes測(cè)量方法可以看出，入射光的Stokes測(cè)量主要與通過(guò)偏振器件后光能量有關(guān)。但是，利用成像系統(tǒng)測(cè)量通過(guò)偏振器件后光能量時(shí)，成像系統(tǒng)輸出的電信號(hào)/圖像灰度信號(hào)，而不是光能量。然而成像系統(tǒng)輸出的電信號(hào)/圖像灰度信號(hào)不僅包含了響應(yīng)光能量產(chǎn)生的電信號(hào)/圖像灰度信號(hào)，而且包含了系統(tǒng)噪聲，并且系統(tǒng)的光學(xué)器件也會(huì)對(duì)這部分光能量產(chǎn)生衰減。因此，成像系統(tǒng)的信號(hào)響應(yīng)特性會(huì)對(duì)偏振測(cè)量產(chǎn)生影響。上述偏振測(cè)量過(guò)程，可以表示為：

成像系統(tǒng)信號(hào)響應(yīng)過(guò)程入射光L(L0,L1,L2,L3)偏振器件光學(xué)透過(guò)探測(cè)器響應(yīng)前置放大器轉(zhuǎn)換灰度量化① 入射光：輻射亮度為L(zhǎng)0，偏振態(tài)用Stokes向量可表示為L(zhǎng)(L0,L1,L2,L3)。

② 偏振器件：入射光通過(guò)偏振器件后，其Stokes向量可表示為L(zhǎng)(1)(L0(1),L1(1),L2(1),L3(1))

L(1)(L0(1),L1(1),L2(1),L3(1))=M(θ,?)L(L0,L1,L2,L3)③ 成像系統(tǒng)信號(hào)響應(yīng)：Vi??,???Gi?Ri????1?2A/D2圖像顯示Gray ?L0(1)??,??Ai4F?1?Moptics?2?optics???d??Di

Gri??,???255?Vi??,???Vmin?Vmax?Vmin?2255Gi?Vmax?VminR????4F?i1?L0(1)??,??Ai2?1?Moptics255Vmin255??d??D???opticsi2Vmax?VminVmax?Vmin?

④ 測(cè)量得到的Stokes向量可表示為

S0=2Gri S1=2Gri(0°,0)-2Gri

S2=2Gri(45°,0)-2Gri S3=2Gri(45°,π/2)-2Gri 對(duì)上式展開(kāi)可以得到：

500GiS0?2Gri?Vmax?Vmin?2?1?Ri????L0Ai4F2?1?Moptics??2??d??2optics??500Vmin500 Di?Vmax?VminVmax?Vmin500GiS1?2Gri?0?,0??2S0?Vmax?Vmin500GiS2?2Gri?45?,0??2S0?Vmax?VminR?????i1??L0(1)?0?,0??L0?Ai4F?1?Moptics?22?optics???d?

?2R?????i1??L0(1)?45?,0??L0?Ai4F?1?Moptics?22?optics???d?

500Gi???S3?2Gri?45?,??2S0?2?Vmax?Vmin??2?1??Ri??????????L0(1)?45?,??L0?Ai2???4F?1?Moptics?22?optics???d?

而入射光的實(shí)際Stokes向量為：

S0=L0

S1=2L(1)(0°,0)-2L0

S2=2 L(1)(45°,0)-2L0 S3=2 L(1)(45°,π/2)-2L0

⑤ 測(cè)量得到的偏振度 S12?S22?S32DoP?S0222???2(1)(1)???2??L0?,0?LA?L45?,0?LA????????00i00i????Gi?Ri????optics???d????Gi?Ri????optics???d??2222????4F1?M4F1?M?1???1??optics?optics?????2????(1)????2??L0?45?,??L0?Ai??2????2?2?LA????0i???GR?????Gi?Ri??????d??Di?Vmin?optics???d?i?i22optics???22?????4F?1?Moptics?4F?1?Moptics???1??1??????

而入射光的實(shí)際偏振度為： S12?S22?S32DoP?S02?L?0?,0??L???L?45?,0??L?(1)2(1)00002?2?(1)???? ??L0?45?,??L0?2????L024.2 成像系統(tǒng)MTF對(duì)偏振測(cè)量的影響

入射光偏振器件成像系統(tǒng)輸出圖像

① 入射光：輻射亮度為L(zhǎng)0，偏振態(tài)用Stokes向量可表示為L(zhǎng)(L0,L1,L2,L3)。

② 偏振器件：入射光通過(guò)偏振器件后，其Stokes向量可表示為L(zhǎng)(1)(L0(1),L1(1),L2(1),L3(1))

L(1)(L0(1),L1(1),L2(1),L3(1))=M(θ,?)L(L0,L1,L2,L3)③ 成像系統(tǒng)信號(hào)響應(yīng)：Vi??,???Gi?Ri????1?2?L0(1)??,??Ai4F?1?Moptics?22?optics???d??Di

Gri??,???255?Vi??,???Vmin?Vmax?Vmin?2255Gi?Vmax?VminR????4F?i1?L0(1)??,??Ai2?1?Moptics255Vmin255??d??D???i2opticsVmax?VminVmax?Vmin?

④ MTF

第五篇：光教學(xué)設(shè)計(jì)

《光是怎樣傳播的》教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)內(nèi)容: 教科版五年級(jí)上冊(cè)第二單元第3課，書上第28-29頁(yè)。教學(xué)目標(biāo)：

認(rèn)知目標(biāo)：

1.光是直線傳播的。

2.光的速度為30萬(wàn)千米每秒。

過(guò)程與方法：

1.有依據(jù)地推測(cè)光的傳播路徑。2.驗(yàn)證光是直線傳播的實(shí)驗(yàn)。

3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象分析推理得出光是直線傳播的。4.利用光的傳播規(guī)律解釋為什么會(huì)有影子。5..會(huì)畫光傳播的路線圖。

情感、態(tài)度、價(jià)值觀：

1.培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)思考的習(xí)慣，以及善于思考的能力，知道推測(cè)要有理有據(jù)。

2.在實(shí)驗(yàn)中能認(rèn)真觀察、勤于思考，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)事求是地進(jìn)行分析、推理，得出結(jié)論的能力。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：

教學(xué)重點(diǎn): 通過(guò)有理有據(jù)的推測(cè)和實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到光是沿直線傳播的。

教學(xué)難點(diǎn)： 會(huì)用多種方法驗(yàn)證光的傳播路徑。教學(xué)方法：

實(shí)驗(yàn)法、演示法、提問(wèn)法、討論法、小組合作。教學(xué)準(zhǔn)備：

教具：有關(guān)光是直線傳播的圖片和課件。

學(xué)具：手電筒、3張?jiān)谕晃恢么蚩椎拈L(zhǎng)方形卡紙、剪刀、夾子、屏、空心彎管和直管。教學(xué)過(guò)程： 回顧前情:

上一節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了《陽(yáng)光下的影子》，你能對(duì)大家說(shuō)說(shuō)：一天當(dāng)中，物體的影子是如何變化的嗎？ 引入新課：

影子是由光照射到物體上被遮擋住，在屏上產(chǎn)生的。提問(wèn)：那么光是怎樣到達(dá)物體的呢？ 教學(xué)新課：

一、讓學(xué)生提出光是怎樣傳播的猜想。

舞臺(tái)上五光十色的霓虹燈很美，當(dāng)我們被它吸引時(shí)是否想過(guò)光是從哪里來(lái)的？又是怎樣照到物體上的？說(shuō)說(shuō)你又是憑什么猜測(cè)的呢？

學(xué)生1：光是沿直線向外傳播的，如果桌子遮擋了光，桌子下就沒(méi)有光。

學(xué)生2：光是一圈圈地向外傳播的，并且光一圈一圈地變暗 淡。的確，很多兒童書、動(dòng)畫片中就是這樣呈現(xiàn)燭光等光現(xiàn)象。學(xué)生3：光是沿著直線傳播的，有時(shí)也會(huì)拐彎。

學(xué)生4：光是像波浪一樣向外傳播?！?/p>

二、教師出示實(shí)驗(yàn)材料，學(xué)生小組討論如何利用材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證實(shí)猜想。

1.學(xué)生小組討論

2.各個(gè)小組交流討論結(jié)果。

3.學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想并填寫實(shí)驗(yàn)記錄表。學(xué)生反復(fù)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)必須把紙屏對(duì)齊，手電筒的光才能達(dá)到白屏。大部分學(xué)生同意——光是沿著直線傳播的。

一部分學(xué)生認(rèn)為光恰好拐著彎穿過(guò)紙屏，正好到達(dá)白屏。4.討論：怎樣改進(jìn)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)服呢？

5.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法。a.增加帶孔紙屏。

b.任意調(diào)整兩個(gè)帶孔紙屏之間的距離。6.繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

手電筒的光能到達(dá)白屏，并形成一個(gè)光斑。7.最終建構(gòu)科學(xué)概念：光沿著直線傳播。

三、了解其它驗(yàn)證光是以直線傳播的例子。1.說(shuō)說(shuō)生活中其它驗(yàn)證光是以直線傳播的例子。2.深入探索。

教師提供小組實(shí)驗(yàn)材料:空心彎管和直管。學(xué)生小組自由探索、求證。

3.你有什么有待于解決的疑問(wèn)嗎？

4.學(xué)生用畫圖形式表達(dá)光是以直線傳播的例子。

四、解釋影子是怎樣產(chǎn)生的？

1．光是以怎樣的形式照射到物體上的？

2．光在沿直線傳播的過(guò)程中，遇到不透明的物體，在物體的背光面，形成了一個(gè)黑暗的區(qū)域，便形成了影子。

五、了解光的小知識(shí)。

來(lái)自太陽(yáng)的光在空氣中以每秒約30萬(wàn)千米的速度傳播，沒(méi)有任何東西比光線傳播得更快了。太陽(yáng)離地球的距離為1.5億千米,從太陽(yáng)發(fā)出的光到達(dá)地球約需要8分鐘。

六、學(xué)習(xí)總結(jié)。

今天，有哪些收獲？又有什么新的疑惑呢？

七、拓展思考和實(shí)踐。光能在水里傳播嗎? 如果能，是直線傳播嗎？和空氣中的傳播速度一樣嗎？ 板書設(shè)計(jì)：

2.3.光是怎樣傳播的

光在空氣中是以直線形式傳播的 每秒約30萬(wàn)千米的速度

從太陽(yáng)發(fā)出的光到達(dá)地球約需要8分鐘 教學(xué)反思：

1.這節(jié)課，教師首先提前提出一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，從而引起學(xué)生的好奇心。好奇心是學(xué)生開(kāi)展學(xué)習(xí)的原始動(dòng)力，培養(yǎng)學(xué)生的好奇心，有利于促進(jìn)他們對(duì)身邊事物的觀察，并能進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題提出問(wèn)題，從而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)探究技能的形成。

2.教師適時(shí)的鼓勵(lì)學(xué)生們提問(wèn)，能夠發(fā)展學(xué)生思維求異性，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造個(gè)性。

3.繪圖是以直觀的形式，把頭腦中的構(gòu)思設(shè)計(jì)描繪出來(lái)，他比語(yǔ)言表達(dá)更形象、生動(dòng)、準(zhǔn)確、可靠。所以，教師引導(dǎo)學(xué)生用畫圖的形式表達(dá)出光是以直線傳播的。

4.小學(xué)生思維的靈感，需要在教師的指導(dǎo)下讓他們自己親身經(jīng)歷去探索實(shí)踐。最后，教師安排了課后拓展思考和實(shí)踐，使學(xué)生在科學(xué)探究的時(shí)間和空間上都得到了延伸。