13.6 光的偏振教案

第一篇：13.6 光的偏振教案

衡阳县一中高二物理组

全新课标理念，集体智慧结晶

第六节 光的偏振

教学目标：

（一）知识与技能

1、通过实验，认识振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象。

2、了解偏振光和自然光的区别，从光的偏振现象知道光是横波。

3、了解日常见到的光多数是偏振光，了解偏振光在生产生活中的一些应用。

（二）过程与方法

1、通过机械波的偏振实验和光的偏振实验掌握类比研究物理问题的方法。

2、通过对光的偏振应用的学习，提高应用知识解决实际问题的能力。

（三）情感、态度与价值观

通过课外活动观察光的偏振现象培养学生联系实际学习物理的观念和习惯。教学重点：

光的偏振实验的观察和分析。教学难点：

光振动与自然光和偏振光的联系。教学方法：

通过实验现象使学生认清机械波中横波的偏振现象，再通过机械波与光波的类比，实现轻松过渡，形成概念明确规律，并在应用中深化知识的理解。教学用具：

柔软的长绳一根，带有狭缝的木板两块，细软的弹簧一根，电气石晶体薄片或人造偏振片两片，投影仪。教学过程：

（一）引入新课

（复习横波和纵波的概念）

教师：请同学们回忆一下机械波一节内容，举例说说什么是横波？什么是纵波？

学生：振动方向和传播方向垂直的波叫横波，抖动水平软绳时产生的波就是横波。振动方向和传播方向在一条直线上的波叫纵波，像水平悬挂的弹簧一端振动时形成的沿弹簧传播的波。衡阳县一中高二物理组

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教师：通过前几节课的学习，我们知道光具有波动性，那么光波究竟是横波还是纵波呢？

这节课我们要学习的偏振现象，可以说明光是横波。

（二）新课教学

1、偏振现象

演示实验一：

介绍课本图13.6－1装置，教师演示，引导学生仔细观察波传到狭缝时的情况，看波能否通过狭缝传到木板的另一侧。

现象：对绳上形成的横波，当狭缝与振动方向一致时，波不受阻碍，能通过狭缝，而当狭缝与振动方向垂直时，波被狭缝挡住，不能通过狭缝传到木板另一端，对弹簧上形成的纵波，无论狭缝怎样放置，弹簧上疏密相间的波均能顺利通过狭缝传播到木板另一侧。

教师补充：在绳上横波传播过程中，当狭缝既不与振动方向平行也不与振动方向垂直时，有部分振动能通过狭缝。横波的这种现象称为偏振现象，大家看到，纵波不会发生偏振现象，根据是否能发生偏振，我们可以判断一个机械波是横波还是纵波。虽然这种方法对判断机械波并非必要，但我们可以借助这种方法来判断光波是横波还是纵波。

演示实验二：

（教师介绍装置，强调起偏器P和检偏器Q的作用，演示同时引导学生认真观察随着检偏器Q的转动屏上光照强度的变化）

教师：请大家看这个薄片，它在我们这个演示实验中的作用与前面的带有狭缝的木板类似，它上面有一个特殊的方向称透振方向，只有振动方向与透振方向平行的光波才能透过偏振片，下面请大家认真观察。

现象1：用一个起偏器观察自然光，偏振片是透明的，以光的传播方向为轴旋转P时，透射光强度不变。［投影］

提问：同学们能由此得到什么结论吗？ 学生：光是纵波。

教师：怎么得到这个结论的呢？ 学生：与前面纵波实验类比得到的。衡阳县一中高二物理组

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教师：大家有没有考虑过假如波是横波而且沿各个方向都有振动的情况呢？（学生默然，教师继续演示）

现象2：加上检偏器Q，当Q的透振方向与P的透振方向一致时，透射光强度最大。［投影］

现象3：以光传播方向为轴旋转时，透射光强度减弱。当Q与P透振方向垂直时，屏上最暗，光强几乎为零。［投影］

教师：现在大家能判断光是横波还是纵波了吗？ 学生：能，是横波。

教师：那现象1是怎么回事呢？原来，我们这里用的太阳光源包含了垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且各个方向振动的光波强度都相同，这种光叫自然光。通过起偏器后，这种光就只能沿着一个特定方向振动，这种光叫做偏振光。横波只沿着某一个特定方向振动，称为波的偏振。只有横波才有偏振现象。

其实，除了从太阳、电灯这样一些从光源直接发出的光外，通常看到的绝大部分光都是偏振光，请大家看课本图13.6－4，在这里反射光和折射光都是偏振光，且两者偏振方向相互垂直。

引导学生阅读教材相关内容，了解光的偏振现象是一种常见现象，只是我们不能用肉眼直接察觉罢了。

2、偏振现象的应用

［投影］光的偏振现象的应用（1）偏振滤光片（2）车灯玻璃和挡风玻璃（3）偏光眼镜（观看立体电影）（4）拍摄水面景物（5）液晶显示

（引导学生分析这些应用的原理，鼓励学生从生产生活中查找偏振应用实例，条件许可还可教学生自制偏振片）。

（三）课堂小结

本节课我们通过实验演示，学习了波的偏振现象。了解了自然光、偏振光的概念，并知道只有横波才有偏振现象。还了解了偏振现象的一些应用。衡阳县一中高二物理组

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（四）布置作业

1、完成“问题与练习”中的题目。

2、课后阅读“科学漫步”――立体电影和偏振光。

第二篇：光的偏振教学设计

“光的偏振”教学设计方案

授课：温树平

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，所以做好两个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。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：激光源、偏振片、powerpoint课件、flash课件 教学过程：

一．新课引入：

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？ 一条竹竿横着进教室进不了，给学生设下悬念

（学生演示）

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。我们从传播方向上可以区别它们。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：光我们是可以常见的，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，请同学们看看能不能在这个基础上也设计一个判断光是横波还是纵波的方法。

（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）

问题三：好，现在就请同学们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。

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。演示1：让学生观察黑板上的字：将一个偏振片覆盖在上面，转动，看看字迹是否会消失。演示2：让一束电筒光束通过偏振片，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。

问题四：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。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：

1．让激光通过偏振片，看激光束亮度的变化。

2． 让两块偏振片相交转动，让学生观察黑板上的字有没有变化，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

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

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．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．

师：光的偏振现象有很多应用：

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，那就可以减弱反射而使拍摄的景物清晰。

2．立体电影就是应用偏振的原理来观察的。

《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。

3、光的偏振其实是一个非常有趣的现象，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。

4、汽车车灯和前窗挡风玻璃都是偏振片偏振方向相同，且与水平方向成450.5、据科学家研究，蜜蜂通过观察光的偏振来确定方向。

三、归纳小结：

一、光的偏振态

自然光、线偏振光、部分偏振光

二、线偏振光的获得

偏振片法、反射和折射法

三、偏振光的应用实例

照相、立体电影、汽车车灯、液晶显示、生物视觉等等

四、布置作业：

五、板书设计：

一、光的偏振态

自然光、线偏振光、部分偏振光

二、线偏振光的获得

偏振片法、反射和折射法

三、偏振光的应用实例

照相、立体电影、汽车车灯、液晶显示、生物视觉等等

本节课就上到这里。

教学反思：

第三篇：偏振总结

《偏振成像技术的进展》

赵劲松

1.什么是偏振光？自然光是非偏振光，还是偏振光？

光波电矢量振动的空间分布相对于光的传播方向是对称的，这种光称为自然光。光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。因此，自然光与偏振光是两个相对的概念，自然光是完全非偏振光。

2.用什么参数描述偏振光？

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.光的传播方式（自发辐射、反射、散射、透射和衍射）如何影响光的偏振特性，如何定量描述？

4.Fresnel 公式、Jones 矩阵、Mueller 矩阵在光波偏振现象中有何应用？ 5.Rayleigh 散射和 Mie散射对光波的起偏作用及其异同点是什么？ 6.人造（目标）物体与自然（背景）物体的偏振特性有何差异？ 7.偏振成像的工作原理是什么？ 8.有哪些技术方案可以实现偏振成像？

9.在设计偏振成像系统时，空间和时间分辨率如何权衡？ 10.偏振信息如何进行图像融合处理,以及可视化显示？ 11.误偏振信息的来源是什么，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别？ 14.如何研制偏振光学元器件？ 15.如何研制偏振探测器？

16.偏振光学元件和偏振成像整机性能如何描述和检测？ 17.偏振成像如何建模和仿真？

18.在设计光学系统时，偏振光线如何追迹？

19.如何建立偏振点扩散函数（Polarization PSF），偏振传递函数（Polarization MTF）和噪声等效线偏振度（Noise Equivalent Degree of Linear Polarization）数学模型，如何测量之？

问题：

1.什么是线偏振度（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强度和整个光强度之比值。可表示为：

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

DoP表达式原因：对于完全偏振光有S12+S22+S32=S02

1.3 偏振度测量：

测量原理（1）：根据Muller矩阵测量；

（1）示例：

令被讨论的光分别通过以下四块滤色片F1，F2，F3，F4：①每个滤色片对自然光的透过率为0.5；②每个滤色片的通过面均垂直于入射光；③F1各向同性，对任何入射光作用相同；F2透过轴沿x轴；F3透过轴与x轴夹角45°；F4对左旋圆偏振光不透过。测出通过滤色片后的光强I0，I1，I2，I3，则斯托克斯参量为

S0=2I0

S1=2I1-2I0 S2=2I2-2I0 S3=2I3-2I0 原理

a.光轴与x轴夹角为θ的线偏振片的Muller矩阵为

11cos2M2sin20cos2cos22sin2cos20sin2sin2cos2sin22000 00b.延迟量为，快轴为θ的理想线性相位延迟期的Muller矩阵为

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． 左旋圆偏振片：相当于光先经过一个45°线偏振片，再经过1/4玻片，其Muller矩阵可表示为：

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测量光束的Stokes向量为S=[S0,S1,S2,S3]；

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

把待测光分为4束，光信号经过不同的光路:第1路直接进入探测器(I0)； 第2、3路经起偏器后进入探测器，两个起偏器透光轴的夹角为45°(I1,I2)；第4路先经1/4波片，然后经起偏器后进入探测器，该起偏器的透光轴与第3路相同(I3)。用4个光探测器同时完成对某一瞬时Stokes矢量的测量, 然后计算DoP。

原理：

快轴方向为0°的相位延迟器的Muller矩阵为

110M2000100 0cossin0sincos00光轴与x轴夹角为θ的线偏振片的Muller矩阵为

11cos2M2sin20cos2cos2sin2cos202sin2sin2cos2sin22000 00光经过相位延迟器，再经过线性偏振片后，光强可表示为：

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？

根据Stokes向量的推导过程，x、y轴是一个参考方向。

1.5 线偏振度(DoLP)光束中线偏振光的光强度和整个光强度之比值。可表示为：

DoP=(S12+S22+)1/2/S0 DoLP表达式原因：对于完全线偏振光有S12+S22=S02

2.Muller矩阵的推导 2.1 偏振器件的Muller矩阵

假设入射光的x、y方向的场强分别为Ex、Ey；通过器件后出射光x、y方向的场强分别为Ex=pxEx，Ey=pyEy。则： 入射光Stokes向量为： **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向量为：

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矩阵为

px2py2221px-py020px2-py2px2py200002pxpy00 02pxpy02.2 线偏振片的Muller矩阵

假设入射光的光强为E，在x、y轴分量分别为Ex、Ey。偏振片与x轴夹角为θ。出射光光强为E，在x、y轴分量分别为Ex、Ey。

yEyβEE'yxEβE'θE'xExx

则：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向量可表示为

**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向量可表示为：

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 快轴方向为0的相位延迟器的Muller矩阵

假设相位延迟期在电场正交方向产生的相位延迟两为，x方向相位超前/2，y方向相位落后/2。则：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）电介质(不考虑介质吸收)假设在介质1中，入射光的Stokes向量为：

S0EsEs*EpEp*S1EsEs*EpEp*S2EsEp*EpEs*S3iEsEp*iEpEs*

则反射光的Stokes向量为：

rs2EsEs*rp2EpEp*S0S1rs2EsEs*rp2EpEp*rsrpEsEp*rsrpEpEs*S2S3irsrpEsEp*iEpEs*

式中，rs和rp分别表示入射光s分量和p分量菲涅尔反射系数。可以求解出电介质的反射Muller矩阵为： 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，可以求出电介质的透射Muller矩阵为：

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）具有复折射率的材质的Muller矩阵

——同时考虑材质的反射、吸收、折射，计算得到材质表面的反射Muller矩阵

一般材质，具有反射、折射、吸收特性。其复折射率为=n+ik，n表示折射率，k表示吸收因子。下式解出的为反射率和透射率。

反射Muller矩阵为：

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）双向偏振反射

Collet从电介质和金属表面推出了第一表面反射的米勒矩阵。对电介质，米勒矩阵为：

这里。

金属的弥勒矩阵为：

（3.77）

其中。

分别表示垂直入射平面和平行入射平面偏振的相位变化。由于材质的折射率是个复数，这些相位变化可能会是非零的。结合（3.50），（3.51），（3.77），令=0，可以从式(3.77)得到式(3.76)。

2.5 散射的偏振特性

（1）Mie 散射

主要描述气溶胶分子的散射（0.1<<50,其中=2πr/）。（2）Rayleigh散射

主要描述大气分子的散射（<0.1,其中=2πr/）。

（3）大气Muller矩阵

①

Modtran计算大气透过率计算Muller矩阵。难点：如果确定s、p分量的透过率？ ②

2.6 自发辐射的偏振特性

黑体是理想的发射体，可以看作不具有偏振特性。（1）镜面辐射

材质表面反射率可表示为：

其中，ψ表示发射角：观测方向与目标表面法线的夹角。由此可以推导出s、p分量的发射率

目标表面辐射的偏振态可以表示为：

式中，||E||2=||Ex||2+||Ey||2=(x+y)Lb(,T)目标表面辐射Stokes向量可以表示为：

(2)粗糙表面的Stokes向量

式中，θ表示观察方向与目标表面法线的夹角。、表示微面元法线与目标表面法线的夹角、微面元法线在xy平面投影与x轴夹角，它们描述了微面元法线的分布。

表示粗糙度，单位μm。2.7 DIRSIG中的传感器Muller矩阵

S表示偏振灵敏度

2.8 偏振成像原理

目标辐射（偏振态S'）入射光(偏振态S)大气Muller矩阵M1M1S+M2M1S+S'目标反射（Muller矩阵M2）大气M3(M2M1S+S')（Muller矩阵M3）M5M4M3(M2M1S+S')+S''探测器响应和电路系统效应产生Muller矩阵M5和额外Stokes向量S''M4M3(M2M1S+S')光学系统（Muller矩阵M4）偏振图像输出

3.Jones向量与Jones矩阵

Ex=E0xcos(t-kz+x)

Ey= E0ycos(t-kz+y)Jones向量表示为：

Exeix EiyEye

Jones矩阵为

jJ11j21j12 j22E=JE 3.1 偏振器件Jones矩阵

假设入射光的x、y方向的场强分别为Ex、Ey；通过器件后出射光x、y方向的场强分别为Ex=pxEx，Ey=pyEy。则：

ExeixpxExeixpxEiyiy0eEypyEyei0Exexiy pyEye3.2 线偏振片的Jones矩阵

假设入射光的光强为E，在x、y轴分量分别为Ex、Ey。偏振片与x轴夹角为θ。出射光光强为E，在x、y轴分量分别为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.红外系统偏振特性分析

4.1 系统信号响应特性对偏振测量的影响

（1）传统测量方法

把待测光分为4束，光信号经过不同的光路:第1路直接进入探测器(I0)； 第2、3路经起偏器后进入探测器，两个起偏器透光轴的夹角为45°(I1,I2)；第4路先经1/4波片，然后经起偏器后进入探测器，该起偏器的透光轴与第3路相同(I3)。用4个光探测器同时完成对某一瞬时Stokes矢量的测量, 然后计算DoP。

快轴方向为0°的相位延迟器的Muller矩阵为

110M2000100 0cossin0sincos00光轴与x轴夹角为θ的线偏振片的Muller矩阵为

11cos2M2sin20cos2cos22sin2cos20sin2sin2cos2sin22000 00光经过相位延迟器，再经过线性偏振片后，光强可表示为：

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）系统信号响应特性对偏振测量的影响

从传统的Stokes测量方法可以看出，入射光的Stokes测量主要与通过偏振器件后光能量有关。但是，利用成像系统测量通过偏振器件后光能量时，成像系统输出的电信号/图像灰度信号，而不是光能量。然而成像系统输出的电信号/图像灰度信号不仅包含了响应光能量产生的电信号/图像灰度信号，而且包含了系统噪声，并且系统的光学器件也会对这部分光能量产生衰减。因此，成像系统的信号响应特性会对偏振测量产生影响。上述偏振测量过程，可以表示为：

成像系统信号响应过程入射光L(L0,L1,L2,L3)偏振器件光学透过探测器响应前置放大器转换灰度量化① 入射光：辐射亮度为L0，偏振态用Stokes向量可表示为L(L0,L1,L2,L3)。

② 偏振器件：入射光通过偏振器件后，其Stokes向量可表示为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 成像系统信号响应：Vi,GiRi12A/D2图像显示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 测量得到的Stokes向量可表示为

S0=2Gri S1=2Gri(0°,0)-2Gri

S2=2Gri(45°,0)-2Gri S3=2Gri(45°,π/2)-2Gri 对上式展开可以得到：

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

而入射光的实际Stokes向量为：

S0=L0

S1=2L(1)(0°,0)-2L0

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

⑤ 测量得到的偏振度 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

而入射光的实际偏振度为： S12S22S32DoPS02L0,0LL45,0L(1)2(1)000022(1) L045,L02L024.2 成像系统MTF对偏振测量的影响

入射光偏振器件成像系统输出图像

① 入射光：辐射亮度为L0，偏振态用Stokes向量可表示为L(L0,L1,L2,L3)。

② 偏振器件：入射光通过偏振器件后，其Stokes向量可表示为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 成像系统信号响应：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

第四篇：6黄河颂光未然

平湖实验初中七年级（下）第二单元第6课《黄河颂》导学稿

6、黄河颂

光未然

课型：新授课时安排：1课时主备：朱敏艳审核：杨渝兵上课时间：学习目标：

1、通过反复诵读，感受黄河雄壮的气魄和中华民族伟大坚强的精神。

2、初步认识黄河在中华民族中的特殊地位。

3、品读歌词中的语言。

学习重点：

通过反复诵读，感受黄河雄壮的气魄和中华民族伟大坚强的精神。

学习难点：

揣摩意蕴丰富的语句，理解其深刻含义。

关于作者：

光未然，原名张光年，1913年出生，湖北光化县人。1927年在中学时代即参加革命工作，“四一二”反革命政变后辍学，曾做过学徒、店员和小学教师。1936年抵达上海参加抗日救亡运动并从事进步文艺活动。1935年8月创作《五月的鲜花》歌词，以其深怀忧患与愤恨体现浓郁深沉的抒情气息广为传唱。1939年到延安后创作了歌颂中华民族精神的组诗《黄河大合唱》，经冼星海谱曲后风行全国。

相关知识：

《黄河大合唱》是著名诗人光未然为配合音乐家洗星海创作的大型民族交响乐而写的组诗。共有八个乐章，分别是：《黄河船夫曲》《黄河颂》《黄河之水天上来》《黄河对口曲》《黄水谣》《黄河怨》《保卫黄河》《怒吼吧，黄河》。诗中雄奇的想象与现实图景交织在一起，组成一幅壮阔的历史画卷，反映中华民族英雄儿女抗战的真实场面。

学法指导：

美美地听——深情地读——细细地品——尽情地说。

学习步骤：

一、预习导学

1、给加点字注音或根据拼音写字。

巅（）澎湃（）哺育（）屏障（）劈（）．．．．．

狂澜（）九曲连环（）wǎn()转体pò（）．．

2、组歌《黄河大合唱》的词作者是，曲作者是。

3、在下列句子的横线上，填写出恰当的动词。

黄河滚滚，奔向东南。惊涛澎湃，万丈狂澜；浊流，九曲连环；从昆仑山下，黄海之边；把中原大地南北两面。

4、指出下列诗句运用的修辞方法。

⑴、啊！黄河！你一泻万丈，浩浩荡荡，向南北两岸／伸出千万条铁的臂膀（）⑵、啊！黄河！你是中华民族的摇篮。（）⑶、我们祖国的英雄儿女，将要学习你的榜样，像你一样的伟大坚强！像你一样的伟大坚强。

（）

5、熟读：用自己喜欢的方式朗读课文五遍，直到能够背诵。

质疑：找出不明白的词语、句子或段落二至三处，在书本上作上记号。

鉴赏：找出精彩的词语、句子或段落二至三处，试着在旁边写出自己的赏析语。

6、看见黄河，你的心情会怎样呢？请写出你想到的一句诗句，或写一段心理描写的文字。

二、课堂学习

（一）、整体感悟：你认为作品的内容主要是什么？

（二）、整体感知

1、美美地听：多媒体播放《黄河颂》，学生仔细地聆听，进入诗中雄浑、壮阔的境界。

2、深情地读：一读：读出节奏与重音，把握好语速和语调，体会朗诵词的作用。

二读：有感情的朗诵，把握诗的内容，领悟诗的意境，加深对课文的理解。三读：分小组朗读、学生评价，让小组的其他同学给提出指导性的意见。四读：小组推荐代表全班交流（每人只读一个方面的内容），看看谁最有感

染力。（也可以男女之间合作朗诵）。

（三）、细细地品——课堂探究

1①本课的题目是《黄河颂》，其中哪个字是关键，也是题眼？诗歌从哪几个方面来歌颂的？②开头点题后，作者并没有直接去颂而是在描写黄河，如果在文中找一个字来统领，应该是哪个字？

③歌词中 “啊！黄河！”出现了几次？起了什么作用？

④作者心目中的黄河象征什么？具有什么精神？全诗表达了作者怎样的思想感情？

⑤“颂黄河”之后，作者又加了一个尾声，想想看，这一尾声起什么作用？诗歌最后两句采用什么修辞方法，起什么作用，表达了什么感情？

2、合作探究：

将你的探究结果在小组上进行交流，并将你所不懂的问题或在自主过程中的其它质疑提出来，与小组同学共同探究。

3、尽情地说——请同学们用“我喜欢本诗中的„„一句，因为这一句写出了（表达了）（表现了）„„ ”说说你对本诗句子的品析。

比如：黄河是“摇篮”，是“屏障”。

把黄河比喻为“中华民族的摇篮”，因为黄河是中华民族的发祥地，中华文化在黄河流域产生、发展、壮大，黄河哺育滋养了世代炎黄子孙。把黄河比喻为“民族的屏障”，侧重从黄河对中华民族的保卫作用而言。黄河天险在地理上可作为军事屏障，黄河的伟大坚强精神，更足以成为民族精神上的城防，这是中华民族抵御外侮的制胜法宝。

三、课后深化

1、黄河自古以来都是诗人深情吟诵的对象。请你至少写出两句有关黄河的古诗句。

2、试着解释下列字或词语。

巅：发源：狂澜： 屏障：

3、诗人从哪些方面赞美了黄河的英雄气魄？他借黄河表达了怎样的感情？

4、“它表现出我们的民族精神。”一句，你认为“民族精神”是指一种什么精神？

5、这首诗歌写道：“有多少英雄故事，在你身边扮演？”你知道在历史上，在黄河畔有哪些民族英雄？请简述其事迹。

6、“向南北两岸，伸出千万条铁的臂膀”的含义是什么？谈谈你的理解。

7、歌词中反复出现的“啊!黄河!”起了什么样的作用?

小知识联接

1、黄河发源于 青海省巴颜喀拉山，全长5464公里。流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东等九个省区。

2、有关黄河的民谣：

黄河滚滚波浪翻，牛皮筏子当轮船

九曲黄河十八湾，宁夏起身到潼关，万里风光谁第一？还数碛口金银山

3、信天游——《黄河船夫曲》

你晓得天下黄河几十几道湾哎？ 几十几道湾上，几十几只船哎？

几十几只船上，几十几根竿哎？ 几十几个那艄公嗬呦来把船来搬？

我晓得天下黄河九十九道湾哎，九十九道湾上，九十九只船哎，九十九只船上，九十九根竿哎，九十九个那艄公嗬呦来把船来搬。

4、有关黄河的古诗：烹羊宰牛且为乐 惟有饮者留其名

君不见 会须一饮三百杯 陈王昔时宴平乐

黄河之水天上来 岑夫子 斗酒十千恣讙谑

奔流到海不复回 丹丘生 主人何为言少钱

君不见 将进酒 径须沽取对君酌

高堂明镜悲白发 君莫停 五花马

朝如青丝暮成雪 与君歌一曲 千金裘

人生得意须尽欢 请君为我侧耳听 呼儿将出换美酒

莫使金樽空对月 钟鼓馔玉不足贵 与尔同消万古愁

天生我材必有用 但愿长醉不愿醒

千金散尽还复来 古来圣贤皆寂寞

中国人几乎没人不知道李白的，因为李白是站在盛唐诗坛高峰之巅的为大诗人，在中国诗歌的发展史上有着重要的地位和深远的影响，堪称中国诗坛第一人。，陇西成纪（甘肃秦安西北）人。李白少年时代就“观奇书”，“游神仙”，“好剑术”，有多方面的才能和兴趣，唐中宗神龙元年（705）举家迁居四川绵州，曾任翰林供奉，因称“李翰林”。贺之张誉为“天上谪仙人”，后人又称“李谪仙”。

唐玄宗只让李白待诏翰林，作文学侍从之臣，李白的大志无法实现。李白性格傲岸不羁，也不能忍受“摧眉折腰事权贵”的生活。三年后李白因遭谗毁，自请还山，离开长安。他只能游山访仙，痛饮狂歌，以排遣怀才不遇的忧愤。但他始终没有放弃建立伟业，成为非凡人物的理想。安史之乱爆发后，李白曾应邀入永王李璘幕府，又以为获得了建功立业的机会。，直到六十一岁时，李白还请求从军入幕，希望能有“一割之用”，却因病在途中折回，未能如愿。

李白的诗歌今存990多首。有大量的政治抒情诗，充分表现了诗人非凡的抱负，奔放的激情，豪侠的气概，也集中代表了盛唐诗歌昂阳奋发的典型音调。李白还以痛快淋漓的饮酒诗，来排遣怀才不遇的忧愁。《将进酒》：“人生得意须尽欢，莫使金樽空对月，天生我材必有用，千金散尽还复来，烹羊宰牛且为乐，会须一饮三百杯”。

第五篇：光的反射教案6

一教法建议

【抛砖引玉】

在光学的发展史上，我国学者曾做出许多卓越的贡献。教师在教学中应适当的加以强调，用以对学生进行爱国主义教育。

最早且有据可查的是我国春秋和战国时期的墨翟及其弟子的工作。在他们所著《墨经》一书中，有八条关于光学方面的记述：第一条是叙述影的定义与生成，第二条说明光与影的关系，第三条则讨论光传播的直线性，并且用针孔成像的实验加以说明，第四条说明光有反射的性能，第五条论光与光源的关系而定影的大小，第六、七条叙述了在平面镜、凹面镜和凸面镜中物和象关系。

在公元十世纪时，我国宋代的沈括在《梦溪笔谈》中，记载了极为丰富的几何光学知识。他不仅研究了前人已经发现的现象，而且对凹面镜、凸面镜的成象规律，测定凹面镜焦点的原理以及虹的成因等方面都有创造性阐述。

【指点迷津】

为了激发学生的学习兴趣，教师可以讲一些有关光学的史实和故事。

我国周代(公元1122-247年)有人用铜和锡的合金铸成凹面镜，经过打磨以后，可以得到极为光亮的反光面，做成利用阳光取火的镜子，这是太阳能最早 的利用。

在外国许多古书上都记载着一个动人的故事。公元前212～215年期间，罗马帝国的船队侵略希腊，进攻物理学阿基米德的家乡叙拉古城。面对强大的敌人船队，古城中人惊慌失措，纷纷逃离。但是阿基米德却镇静地叫人们各拿一面镜子在海边列队组成大凹面镜，把反射的阳光直接向敌人的船队投射过去。这些光会聚成又热又亮的光点，照得船上的敌人睁不开眼，浑身发烫，而又无处藏身。不久敌帆船上的蓬布被照得起了大火，吓得敌人不战自退。

这个故事虽然几部古书上都有记载，但是有些人认为这只是神话传说。为了验证此事，1973年希腊工程师萨卡斯做了一次实验。在一个睛朗的日子里，组织50名希腊水手各持一面长方镜，把反射的阳光都集中到一条小船上，几秒钟小船开始冒烟，两发钟后小船就着起了大火。此后，人们相信了古书上记载的关于阿基米德运用凹面镜战胜敌人的传说。

二.学海导航

【思维基础】

本章和下一章讲述光现象。本章讲光的反射，下一章讲光的折射。本章内容包括光的直线传播、光的反射定律、平面镜成像、凹镜和凸镜的作用及这些知识的应用。

通过光的直线传播的学习，应了解光在均匀介质中是沿直线传播的。还要知道光在真空中的速度是3×108米/秒。

通过光的反射的学习，要掌握光的反射定律和平面镜成像的特点，会画光反射的光路图和平面镜成像的光路图。

反射定律是光学中的重要规律，是理解平面镜、球面镜作用的基础，是本章的重点。对光的反射定律的知识要有全面的理解。

做下面一组填空题：

1.能够发光的物体叫做光源。太阳、月亮、烛焰、眼睛和钻石等物体中属于光源的是。

2.光在均匀介质中是沿直线传播的。在我国古代 中记载着世界上最早的 实验，并明确提出了光的直线传播。

3.光在直空中的速度是 千米/秒，光在其它介质中的速度比在真空中的速度。

4.光的反射定律的内容：、、。

5.入射光线与镜面成30°角，则反射角是。若将镜面转动，使入射角成40°，此时入射光线和反射光线的夹角是。

6.平行光射到物体表面，能发生反射现象。由于物体表面光滑程度不同，我们通常把反射分为 和 反射。我们能从不同方向看到本身不发光的物体是由于物体表面对光线发生了 的缘故。

7.平面镜所成的像是虚像;是正立的;像和物到镜面的距离;像的大小和物体的大小。

8.球面镜分 和 两种，凹镜能使平行光线 焦点，使焦点发出的光。凸镜能使光线。

参考答案

1.太阳，烛焰。2.墨经，小孔成像。3.3×105，小。4.略。5.60°，80° 6.镜面反射，漫，漫反射。7.相等，相等。8.凹镜、凸镜，会聚在，平行射出，发散。

【学法指要】

由于光在透明的均匀介质中传播的路线是直的，所以在光学里使用了光线这一重要概念。光线是实际光束的理想化模型。在很长的一段历史时期内，光学是以光是直线传播的观念为基础而发展起来的。这部光学一般称之为几何光学。光线如同几何学中的直线，而且它还具有相交而互不干扰的特性。

光速的测定是几何光学研究上的重大成果之一。学习时，不但要记住光在真空中速度是3×108米/秒，还要知道光在其它介质中的速度比在真空中的速度小。而且，还要通过课外阅读了解光的传播速度是如何被科学家测出来的。

例题1光在均匀介质中沿 传播。光在真空里的传播速度是

千米/秒。若天狼星离地球8.7光年，那么它离地球是 千米。

分析：光在均匀介质中沿直线传播。光在真空里的传播速度是

一光年是光在一年里通过的距离，所以天狼星与地球的距离

答：此题应填直线，3×105，8.23×1013。

例题2 某同学举了四个例子，其中有一个是不能说明光是直线传播的()

(a)电影院中，放映机射向银幕的光束

(b)小孔成像

(c)日食和月蚀

(d)早晨，太阳还在地平线下，我们就看见了它

分析：(a)、(b)、(c)、(d)的例子都可以说明，在均匀介质中，光是沿直线传播的。只有(d)这例不是。因为，从整体来看地球周围的大气层是不均匀的，离地面越高，空气越稀薄，从大气层外射到地面的光线就会发生弯曲。早晨，当太阳还在地平线以下时，我们就看见了它，这就是因为不均匀的大气使光线弯曲了的缘故。

答：此题应选(d)