第一篇：光的偏振教學(xué)設(shè)計

“光的偏振”教學(xué)設(shè)計方案

授課：溫樹平

教學(xué)目標(biāo)：

一．知識目標(biāo)：

1．知道振動中的偏振現(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，體會科學(xué)發(fā)展的嚴(yán)密性。

2．培養(yǎng)學(xué)生為問題設(shè)計實驗、通過實驗現(xiàn)象總結(jié)結(jié)論的能力。三．情感目標(biāo)：

1.培養(yǎng)良好的物理實驗習(xí)慣，學(xué)會用理論指導(dǎo)實踐，用實驗來驗證理論． 2.知道在學(xué)習(xí)物理的過程中，做好實驗的重要性． 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)用光的偏振知識來解釋一些常見的光學(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)：

通過兩個演示實驗讓學(xué)生接受光有偏振現(xiàn)象，因為偏振是學(xué)生接觸的一個新概念，所以做好兩個演示實驗并通過設(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，教師在課前必須對學(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)象對他們來說是完全陌生而又抽象的，而機(jī)械波的偏振現(xiàn)象相對形象些。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)械波模擬實驗，使學(xué)生認(rèn)識機(jī)械波的偏振，進(jìn)而認(rèn)識偏振是橫波特有的現(xiàn)象作為知識鋪墊后然后再做光的偏振實驗，在分析光的偏振實驗時，要引導(dǎo)學(xué)生理解實驗的設(shè)計思路且與機(jī)械波實驗相類比。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，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)過程：

一．新課引入：

師：通過前面幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們對于光的本性的認(rèn)識逐步加深，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，我們必然會想到光究竟是橫波還是縱波？我們又該如何去判斷和驗證？ 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)：

首先我們來回憶一下橫波和縱波。

問題一：請同學(xué)回答一下橫波和縱波有什么區(qū)別？ 生：質(zhì)點(diǎn)的振動方向和傳播方向如果平行則為縱波；振動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^察不到它的振動情況，問題二：比如說光波，我們該如何來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。）

師：光我們是可以常見的，但是它屬于橫波還是縱波我們好象沒有辦法判斷?，F(xiàn)在我提供一種判斷橫波和縱波的方法，請同學(xué)們看看能不能在這個基礎(chǔ)上也設(shè)計一個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，而橫波必須在特定情況下才能夠通過）

問題三：好，現(xiàn)在就請同學(xué)們幫我設(shè)計一個能夠判斷光是橫波還是縱波的實驗。

（讓學(xué)生回答，篩選出合適的方案）

師：這個方案不錯，不過我們還得再仔細(xì)考慮一個問題：那就是這個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)動光還是可以穿過來的，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)，這個問題科學(xué)家已經(jīng)問我們解決了。

取出偏振片給學(xué)生觀察，并且說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：將一個偏振片覆蓋在上面，轉(zhuǎn)動，看看字跡是否會消失。演示2：讓一束電筒光束通過偏振片，讓學(xué)生觀察當(dāng)偏振片轉(zhuǎn)動時透過偏振片的光線是否會消失。

問題四：請同學(xué)們根據(jù)剛才的現(xiàn)象作出判斷。

生：經(jīng)過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，這個實驗現(xiàn)象很明白的告訴了我們，光應(yīng)該是屬于縱波。很長一段時間來，科學(xué)家們也認(rèn)為光應(yīng)該是縱波。但是無意中的一些實驗發(fā)現(xiàn)了一些無法解釋的現(xiàn)象。下面我們就來看究竟是什么現(xiàn)象。

我們來觀察這樣的現(xiàn)象：

1．讓激光通過偏振片，看激光束亮度的變化。

2． 讓兩塊偏振片相交轉(zhuǎn)動，讓學(xué)生觀察黑板上的字有沒有變化，讓手電筒光束通過兩塊偏振片，轉(zhuǎn)動偏振片，看透過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）

總結(jié)：光如果是縱波，那這樣的現(xiàn)象是無法解釋的；那如果是橫波，是怎樣的橫波呢？如何來解釋看起來似乎前后矛盾的結(jié)果？ 經(jīng)過科學(xué)家的不懈努力，終于解決了這個問題，并且確定了光應(yīng)該是橫波。也說明有些光有特定的振動方向，有些光各個方向的振動情況相同（向?qū)W生說明自然光、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特定的方向振動的光

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

偏

振：橫波只沿著某一個特定的方向振動，稱為波的偏振。

師：我們常見的光，除了太陽、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。

下面就請同學(xué)們一起來看橫波的解釋。

（演示flash 課件2，）

下面我們小結(jié)一下剛才的實驗和結(jié)論

光的偏振現(xiàn)象并不罕見．除了從光源（如太陽、電燈等）直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^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，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)用偏振的原理來觀察的。

《立體電影》的故事

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

“對不起，”他對他的同伴說，“我得離開這兒。我覺得惡心?！?“你能不能坐下，別像一個小孩子！”同伴要求說，“這只是一部電影?！?一分鐘后軌道車呼嘯著滑下一個陡坡，第一個人呻吟著說：“我想呼吸一些新鮮空氣。” “坐下，”他的朋友小聲說，“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?！拔业纳系?，”他說，“我不能呆在這兒了，我一定得離開。” “聽著，”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，去見上帝！”

這個故事無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？立體電影是用兩個鏡頭如人眼那樣從兩個不同方向同時拍攝下景物的像，制成電影膠片。在放映時，通過兩個放映機(jī)，把用兩個攝影機(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，這樣就會像直接觀看那樣產(chǎn)生立體感覺。這就是立體電影的原理。

當(dāng)然，實際放映立體電影是用一個鏡頭，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、光的偏振其實是一個非常有趣的現(xiàn)象，我們用的計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，蜜蜂通過觀察光的偏振來確定方向。

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)用實例

照相、立體電影、汽車車燈、液晶顯示、生物視覺等等

四、布置作業(yè)：

五、板書設(shè)計：

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)用實例

照相、立體電影、汽車車燈、液晶顯示、生物視覺等等

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）知識與技能

1、通過實驗，認(rèn)識振動中的偏振現(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）過程與方法

1、通過機(jī)械波的偏振實驗和光的偏振實驗掌握類比研究物理問題的方法。

2、通過對光的偏振應(yīng)用的學(xué)習(xí)，提高應(yīng)用知識解決實際問題的能力。

（三）情感、態(tài)度與價值觀

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

光的偏振實驗的觀察和分析。教學(xué)難點(diǎn)：

光振動與自然光和偏振光的聯(lián)系。教學(xué)方法：

通過實驗現(xiàn)象使學(xué)生認(rèn)清機(jī)械波中橫波的偏振現(xiàn)象，再通過機(jī)械波與光波的類比，實現(xiàn)輕松過渡，形成概念明確規(guī)律，并在應(yīng)用中深化知識的理解。教學(xué)用具：

柔軟的長繩一根，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)過程：

（一）引入新課

（復(fù)習(xí)橫波和縱波的概念）

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

學(xué)生：振動方向和傳播方向垂直的波叫橫波，抖動水平軟繩時產(chǎn)生的波就是橫波。振動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時形成的沿彈簧傳播的波。衡陽縣一中高二物理組

全新課標(biāo)理念，集體智慧結(jié)晶

教師：通過前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道光具有波動性，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，可以說明光是橫波。

（二）新課教學(xué)

1、偏振現(xiàn)象

演示實驗一：

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

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

教師補(bǔ)充：在繩上橫波傳播過程中，當(dāng)狹縫既不與振動方向平行也不與振動方向垂直時，有部分振動能通過狹縫。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，我們可以判斷一個機(jī)械波是橫波還是縱波。雖然這種方法對判斷機(jī)械波并非必要，但我們可以借助這種方法來判斷光波是橫波還是縱波。

演示實驗二：

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

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

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

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

教師：怎么得到這個結(jié)論的呢？ 學(xué)生：與前面縱波實驗類比得到的。衡陽縣一中高二物理組

全新課標(biāo)理念，集體智慧結(jié)晶

教師：大家有沒有考慮過假如波是橫波而且沿各個方向都有振動的情況呢？（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，透射光強(qiáng)度最大。［投影］

現(xiàn)象3：以光傳播方向為軸旋轉(zhuǎn)時，透射光強(qiáng)度減弱。當(dāng)Q與P透振方向垂直時，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，我們這里用的太陽光源包含了垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且各個方向振動的光波強(qiáng)度都相同，這種光叫自然光。通過起偏器后，這種光就只能沿著一個特定方向振動，這種光叫做偏振光。橫波只沿著某一個特定方向振動，稱為波的偏振。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。

其實，除了從太陽、電燈這樣一些從光源直接發(fā)出的光外，通?？吹降慕^大部分光都是偏振光，請大家看課本圖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)象是一種常見現(xiàn)象，只是我們不能用肉眼直接察覺罷了。

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，鼓勵學(xué)生從生產(chǎn)生活中查找偏振應(yīng)用實例，條件許可還可教學(xué)生自制偏振片）。

（三）課堂小結(jié)

本節(jié)課我們通過實驗演示，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

《光的偏振》教學(xué)設(shè)計

浙江省富陽市二中 方霞

一、新課引入

實驗演示：教師將一塊偏振片在筆記本電腦前轉(zhuǎn)動，請學(xué)生觀察屏幕的變化情況。

電腦屏幕隨著偏振片的轉(zhuǎn)動，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，都不由地發(fā)出驚嘆聲，不禁問道：為什么會發(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)動起來。

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的實驗現(xiàn)象和現(xiàn)象分析后都能知道其中的原因。

二、實驗過程、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的偏振現(xiàn)象，對我們的生活有些什么樣的影響，我們一起來學(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)械波的偏振實驗演示

實驗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，請兩位同學(xué)分別控制繩的兩端，其中一端固定不動，另一端的同學(xué)上下抖動，形成一列繩波。調(diào)節(jié)狹縫的方向，第一次與繩波的振動方向相同，第二次與繩波的振動方向垂直，觀察繩波經(jīng)過狹縫后的現(xiàn)象。

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

圖2

實驗2：用一彈簧經(jīng)過“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：橫波的振動方向與狹縫方向垂直時，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。

實驗3：利用偏振片檢驗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，每個偏振片都有一個特定的方向，只有沿著這個方向振動的光波才能通過偏振片，這個方向叫做“透振方向”。偏振片對光波的作用就象“狹縫”對機(jī)械波的作用一樣。

偏振光介紹：只沿著某個特定方向振動的光。

自然光介紹：太陽、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的光，而且沿著各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同。如圖4所示。

圖4

重復(fù)實驗1的演示實驗，再次觀察實驗現(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），可以看見光斑亮度周期性變化。當(dāng)兩個偏振片平行時，透光最強(qiáng)。當(dāng)兩個偏振片垂直時，透光最弱。如圖5所示。

圖5

通過分析，請學(xué)生嘗試類比機(jī)械波的偏振來解釋上面的實驗現(xiàn)象。

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

上面的實驗表明，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。除了從太陽、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，反射光和折射光都是偏振光，入射角發(fā)生變化時，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，有些時候會圖象不清、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在鏡頭上多加偏振片。

2．計算器的屏幕

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

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

3．偏振光眼鏡（Polaris coPe）

釣具輔助具之一。指釣者在釣魚時用于觀察水面、浮漂時，可消除浮漂、水面反光的特種眼鏡。該鏡還可防止陽光刺眼。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鏡觀察水面上的浮原時會出現(xiàn)倒影，加上水面波紋閃動反光，很難看清浮漂。而偏振鏡片中間的膠膜內(nèi)含有無數(shù)細(xì)小的桿狀晶體，均朝一個方向順序均勻地排列，故通過偏振眼鏡后的光線只能朝一個方向振動、影象清晰。

4．影院的“3D”眼鏡

觀看“3D”電影時觀眾佩帶的“3D”眼鏡是專門設(shè)計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空間。

5．車燈玻璃和擋風(fēng)玻璃

汽車在夜間行駛時必須打開車燈，但是車燈的強(qiáng)炫光會影響迎面來車的司機(jī)的視線，為了行車安全，而不得不使用小燈，這樣勢必會影響行車速度和能見度，帶來不小的安全隱患。為了解決這個問題，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），通過實踐發(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，又能看見迎面開來的車輛。

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

請學(xué)生到圖書館或上網(wǎng)查詢偏振的相關(guān)知識，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)計很好的體現(xiàn)了的教學(xué)目標(biāo)：

①觀察振動中的偏振現(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)用偏振知識來解釋生活中的一些常見光學(xué)現(xiàn)象。

2．機(jī)械波的偏振現(xiàn)象和光的偏振現(xiàn)象的實驗對比，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，有利于學(xué)生理解光波是橫波的本質(zhì)。同時通過實驗對比，培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移能力。

3．演示實驗與學(xué)生實驗相結(jié)合、生活中常見偏振現(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)生良好的物理實驗習(xí)慣，促使學(xué)生培養(yǎng)聯(lián)系實際學(xué)習(xí)物理的觀念和習(xí)慣。

4．繩波的偏振演示時繩子材質(zhì)和長度的選擇對繩波實驗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，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，注重學(xué)生個性與共性的發(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？

光波電矢量振動的空間分布相對于光的傳播方向是對稱的，這種光稱為自然光。光波電矢量振動的空間分布對于光的傳播方向失去對稱性的現(xiàn)象叫做光的偏振。因此，自然光與偏振光是兩個相對的概念，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)方案可以實現(xiàn)偏振成像？

9.在設(shè)計偏振成像系統(tǒng)時，空間和時間分辨率如何權(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？ 17.偏振成像如何建模和仿真？

18.在設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)時，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，如何測量之？

問題：

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)度和整個光強(qiáng)度之比值?？杀硎緸椋?/p>

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

DoP表達(dá)式原因：對于完全偏振光有S12+S22+S32=S02

1.3 偏振度測量：

測量原理（1）：根據(jù)Muller矩陣測量；

（1）示例：

令被討論的光分別通過以下四塊濾色片F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4：①每個濾色片對自然光的透過率為0.5；②每個濾色片的通過面均垂直于入射光；③F1各向同性，對任何入射光作用相同；F2透過軸沿x軸；F3透過軸與x軸夾角45°；F4對左旋圓偏振光不透過。測出通過濾色片后的光強(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)過一個45°線偏振片，再經(jīng)過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測量光束的Stokes向量為S=[S0,S1,S2,S3]；

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

把待測光分為4束，光信號經(jīng)過不同的光路:第1路直接進(jìn)入探測器(I0)； 第2、3路經(jīng)起偏器后進(jìn)入探測器，兩個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)入探測器，該起偏器的透光軸與第3路相同(I3)。用4個光探測器同時完成對某一瞬時Stokes矢量的測量, 然后計算DoP。

原理：

快軸方向為0°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)過相位延遲器，再經(jīng)過線性偏振片后，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)過程，x、y軸是一個參考方向。

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方向的場強(qiáng)分別為Ex、Ey；通過器件后出射光x、y方向的場強(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 快軸方向為0的相位延遲器的Muller矩陣

假設(shè)相位延遲期在電場正交方向產(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

——同時考慮材質(zhì)的反射、吸收、折射，計算得到材質(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)的折射率是個復(fù)數(shù)，這些相位變化可能會是非零的。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計算大氣透過率?計算Muller矩陣。難點(diǎn)：如果確定s、p分量的透過率？ 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方向的場強(qiáng)分別為Ex、Ey；通過器件后出射光x、y方向的場強(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)信號響應(yīng)特性對偏振測量的影響

（1）傳統(tǒng)測量方法

把待測光分為4束，光信號經(jīng)過不同的光路:第1路直接進(jìn)入探測器(I0)； 第2、3路經(jīng)起偏器后進(jìn)入探測器，兩個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)入探測器，該起偏器的透光軸與第3路相同(I3)。用4個光探測器同時完成對某一瞬時Stokes矢量的測量, 然后計算DoP。

快軸方向為0°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)過相位延遲器，再經(jīng)過線性偏振片后，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)信號響應(yīng)特性對偏振測量的影響

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

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

② 偏振器件：入射光通過偏振器件后，其Stokes向量可表示為L(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 對上式展開可以得到：

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對偏振測量的影響

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L0，偏振態(tài)用Stokes向量可表示為L(L0,L1,L2,L3)。

② 偏振器件：入射光通過偏振器件后，其Stokes向量可表示為L(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

《光是怎樣傳播的》教學(xué)設(shè)計

教學(xué)內(nèi)容: 教科版五年級上冊第二單元第3課，書上第28-29頁。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30萬千米每秒。

過程與方法：

1.有依據(jù)地推測光的傳播路徑。2.驗證光是直線傳播的實驗。

3.通過實驗中的現(xiàn)象分析推理得出光是直線傳播的。4.利用光的傳播規(guī)律解釋為什么會有影子。5..會畫光傳播的路線圖。

情感、態(tài)度、價值觀：

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

2.在實驗中能認(rèn)真觀察、勤于思考，根據(jù)實驗結(jié)果實事求是地進(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): 通過有理有據(jù)的推測和實驗認(rèn)識到光是沿直線傳播的。

教學(xué)難點(diǎn)： 會用多種方法驗證光的傳播路徑。教學(xué)方法：

實驗法、演示法、提問法、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張在同一位置打孔的長方形卡紙、剪刀、夾子、屏、空心彎管和直管。教學(xué)過程： 回顧前情:

上一節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了《陽光下的影子》，你能對大家說說：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：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。

舞臺上五光十色的霓虹燈很美，當(dāng)我們被它吸引時是否想過光是從哪里來的？又是怎樣照到物體上的？說說你又是憑什么猜測的呢？

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，有時也會拐彎。

學(xué)生4：光是像波浪一樣向外傳播?！?/p>

二、教師出示實驗材料，學(xué)生小組討論如何利用材料進(jìn)行實驗證實猜想。

1.學(xué)生小組討論

2.各個小組交流討論結(jié)果。

3.學(xué)生動手進(jìn)行實驗驗證猜想并填寫實驗記錄表。學(xué)生反復(fù)驗證，發(fā)現(xiàn)必須把紙屏對齊，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紙屏，正好到達(dá)白屏。4.討論：怎樣改進(jìn)實驗來說服呢？

5.實驗改進(jìn)方法。a.增加帶孔紙屏。

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

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

三、了解其它驗證光是以直線傳播的例子。1.說說生活中其它驗證光是以直線傳播的例子。2.深入探索。

教師提供小組實驗材料: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程中，遇到不透明的物體，在物體的背光面，形成了一個黑暗的區(qū)域，便形成了影子。

五、了解光的小知識。

來自太陽的光在空氣中以每秒約30萬千米的速度傳播，沒有任何東西比光線傳播得更快了。太陽離地球的距離為1.5億千米,從太陽發(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：

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30萬千米的速度

從太陽發(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科學(xué)問題，從而引起學(xué)生的好奇心。好奇心是學(xué)生開展學(xué)習(xí)的原始動力，培養(yǎng)學(xué)生的好奇心，有利于促進(jìn)他們對身邊事物的觀察，并能進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題提出問題，從而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)探究技能的形成。

2.教師適時的鼓勵學(xué)生們提問，能夠發(fā)展學(xué)生思維求異性，同時培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造個性。

3.繪圖是以直觀的形式，把頭腦中的構(gòu)思設(shè)計描繪出來，他比語言表達(dá)更形象、生動、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)歷去探索實踐。最后，教師安排了課后拓展思考和實踐，使學(xué)生在科學(xué)探究的時間和空間上都得到了延伸。