光的偏振創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)及教學(xué)設(shè)計(jì)

《光的偏振》江蘇省梁豐高級(jí)中學(xué)劉康教學(xué)目標(biāo)物理觀念：了解機(jī)械波的偏振現(xiàn)象，知道只有橫波才有偏振現(xiàn)象。通過實(shí)驗(yàn)知道光是橫波，知道自然光、偏振光等概念?？茖W(xué)思維：由狹縫對(duì)機(jī)械波的橫波和縱波的影響設(shè)計(jì)出檢驗(yàn)光是橫波還是縱波的方法，發(fā)展類比思維；由一個(gè)偏振片觀察燈光和顯示屏的現(xiàn)象推理出自然光的特點(diǎn)，由消光現(xiàn)象推理出偏振光的特點(diǎn)，形成科學(xué)推理思維；基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)定義自然光、偏振光、起偏器、檢偏器等概念并畫出圖示，發(fā)展模型構(gòu)建思維。科學(xué)探究：從問題“研究光是橫波還是縱波”開始提出猜想設(shè)計(jì)方案，到用偏振片觀察燈光、記錄現(xiàn)象、交流討論得出光是橫波的結(jié)論，再利用偏振片探究鏡面反射光、液晶顯示器發(fā)出的光是否是偏振光，使學(xué)生經(jīng)歷完整的探究過程?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：在認(rèn)識(shí)光是橫波的學(xué)習(xí)過程中，逐漸形成探究自然的內(nèi)在動(dòng)力。在觀察偏振現(xiàn)象中，形成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度。利用光的偏振特點(diǎn)制成相機(jī)的偏振濾光片、3D電影等都體現(xiàn)了知識(shí)的實(shí)用價(jià)值。教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：理解偏振現(xiàn)象，知道光是橫波；難點(diǎn)：光的偏振現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)探究。三、使用教材本課題選自人教版物理選擇性必修一第四章第6節(jié)《光的偏振激光》。四、實(shí)驗(yàn)器材：自制光的偏振演示儀、偏振片五、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)要點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)器材由兩部分構(gòu)成，器材的右邊由馬達(dá)、橡皮筋和偏振片組成。馬達(dá)與橡皮筋連接充當(dāng)振源，啟動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)橡皮筋振動(dòng)形成上下振動(dòng)的繩波，經(jīng)反射后形成駐波，通過頻率調(diào)節(jié)旋鈕可以改變波的頻率。當(dāng)偏振片與波的振動(dòng)方向一致時(shí)，波能夠通過。當(dāng)偏振方向與波的振動(dòng)方向垂直時(shí)，波不能通過。通過本實(shí)驗(yàn)器材可以檢驗(yàn)橫波的偏振現(xiàn)象。器材的左邊部分由紅、綠、藍(lán)三種不同頻率的光源和兩個(gè)偏振片A、B構(gòu)成，偏振片A充當(dāng)起偏器的作用讓自然光源變成偏振光，偏振片B充當(dāng)檢偏器的作用。當(dāng)偏振片B和A平行時(shí)，光的亮度最高，將偏振片B逐步旋轉(zhuǎn)至90°，光的亮度逐漸減弱，90°時(shí)光的亮度最低。通過本實(shí)驗(yàn)器材可以驗(yàn)證光是橫波。六、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和過程主要教學(xué)過程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖新課引入魔術(shù)實(shí)驗(yàn)演示“光線消失術(shù)”的魔術(shù)，展示兩張圓片，提出問題：為什么透明的圓片能讓光線消失呢？通過薄透膜觀察對(duì)比兩種光源請(qǐng)同學(xué)們利用手上的薄片，觀察兩種光源：日光燈管vs電腦屏幕日光燈電腦屏幕提問：請(qǐng)大家利用桌面上的薄片來觀察教室前的電腦屏幕和日光燈，說一說你有什么發(fā)現(xiàn)？請(qǐng)大家找出電腦屏幕最亮和最暗的位置，轉(zhuǎn)了多少度？思考：為什么薄片旋轉(zhuǎn)90°就能使光從最亮變成最暗呢？這太不可思議了。觀察魔術(shù)表演學(xué)生：旋轉(zhuǎn)薄片日光的亮度不會(huì)發(fā)生變化，但是旋轉(zhuǎn)薄片電腦屏幕越來越暗。學(xué)生：90°兩個(gè)互成90度的偏振片使光消失，激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)的興趣。創(chuàng)設(shè)推理情境，通過魔術(shù)有效地引發(fā)學(xué)生的思考。對(duì)比兩種光源，引起認(rèn)知的沖突引出偏振的概念。新課展開波的偏振提問：同樣的薄片，為什么觀察到的現(xiàn)象是不同的呢？光是一種波，波可以分為橫波和縱波。而橫波有一種特殊的現(xiàn)象叫做偏振。偏振：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)的波叫波的偏振現(xiàn)象。提問：那橫波和縱波是否存在偏振現(xiàn)象呢？如何驗(yàn)證呢？1.橫波的偏振現(xiàn)象自制教具實(shí)驗(yàn)演示：探究橫波波的偏振現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)器材：自制橫波偏振演示儀實(shí)驗(yàn)步驟：（1）打開馬達(dá)，利用馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)形成上下振動(dòng)的繩波，繩波經(jīng)后邊反射后兩波發(fā)生干涉形成駐波。通過改變電機(jī)的頻率，可以改變駐波的波長(zhǎng)；（2）讓偏振片與波的振動(dòng)方向一致，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；（3）讓偏振片與波的振動(dòng)方向垂直，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：（1）波的振動(dòng)方向與偏振片方向一致：（2）波的振動(dòng)方向與偏振方向垂直：2.縱波的偏振（四）光的偏振提問：那光到底是橫波還是縱波呢？我們可以利用橫波的偏振現(xiàn)象來檢驗(yàn)光是否是橫波。檢驗(yàn)燈光是否有偏振現(xiàn)象回憶開頭做過的“光線消失”魔術(shù)，當(dāng)只有一個(gè)偏振片A時(shí)，無論怎么旋轉(zhuǎn)A，光線都不會(huì)變?nèi)?，說明什么？再加一個(gè)偏振片B，隨著偏振片B的旋轉(zhuǎn)，光的亮度會(huì)逐漸降低是，說明什么？總結(jié)：（動(dòng)畫展示）像這樣的光我們稱之為自然光。自然光：發(fā)出的光源包含著在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。自然光還是橫波。檢驗(yàn)太陽光是否有偏振現(xiàn)象讓學(xué)生去太陽光下，利用光的偏振現(xiàn)象檢驗(yàn)太陽光是否有偏振現(xiàn)象。檢驗(yàn)液晶顯示器發(fā)出的光是否有偏振現(xiàn)象4.檢驗(yàn)鏡面反射光是否有偏振現(xiàn)象總結(jié)：通過以上4組實(shí)驗(yàn)，我們知道太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光是自然光。反射光、顯示屏發(fā)出的光是偏振光。從而得出光是橫波。學(xué)生：因?yàn)閮煞N光源不同。學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)論：橫波具有偏振現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：縱波沒有偏振現(xiàn)象。學(xué)生：說明普通的燈光發(fā)出的光源沒有偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。學(xué)生：說明單色光經(jīng)過偏振片后變成了偏振光。學(xué)生：太陽光是自然光。太陽光是橫波。學(xué)生：液晶顯示器發(fā)出的光是偏振光，是橫波。學(xué)生：反射光是偏振光，是橫波通過自制的教具“偏振演示儀”進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，將抽象的推理知識(shí)轉(zhuǎn)換為具象的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。讓學(xué)生用語言準(zhǔn)確地描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行歸納總結(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息的搜集和處理能力。同時(shí)也為接下來探究光的偏振打好基礎(chǔ)。創(chuàng)設(shè)問題情境，結(jié)合魔術(shù)表演分析光的偏振現(xiàn)象。接著利用偏振現(xiàn)象動(dòng)手檢驗(yàn)太陽光、顯示屏發(fā)出的光、反射光是否為偏振光?？偨Y(jié)提升（五）偏振現(xiàn)象的應(yīng)用1.相機(jī)偏振片2.3D電影（六）總結(jié)1、偏振：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)的波叫波的偏振現(xiàn)象。2、太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光是自然光。反射光、顯示屏發(fā)出的光是偏振光。所以光是橫波。創(chuàng)設(shè)社會(huì)生活情境，利用光的偏振解釋生活中一些偏振應(yīng)用的實(shí)例。實(shí)驗(yàn)效果與評(píng)價(jià)通過自制的教具“偏振演示儀”進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，將抽象的推理知識(shí)轉(zhuǎn)換為具象的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生更直觀地看到繩波的偏振現(xiàn)象和光的偏振現(xiàn)象。讓學(xué)生用語言準(zhǔn)確地描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行歸納總結(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息的搜集和處理能力。創(chuàng)設(shè)多元的社會(huì)生活情境，讓學(xué)生