一道光學(xué)例題引發(fā)的教學(xué)思考與探索

葛水兵

(蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 蘇州 215006)

光的偏振問題屬于中學(xué)物理競賽和一流大學(xué)建設(shè)高校“強基計劃”考核內(nèi)容,也是大學(xué)物理教學(xué)大綱內(nèi)容.本文精講了一道例題,通過一題多解、深入研究,探求解決問題的思路,培養(yǎng)學(xué)生開放性思維能力.

1 一道光學(xué)例題

解析過程貌似簡單易懂,然而學(xué)生理解不到位,容易產(chǎn)生誤解.

本文對上述問題進行深入挖掘，通過一題多解,培養(yǎng)學(xué)生思維的開放性和靈活性.

2 解題分析

2.1 圖解法

如圖1所示,實線表示入射線偏振光,虛線表

圖1

2.2 解析法

入射線偏振光剛進入波片時,被分為相位相同的o光和e光,光矢量分別為

Eo=Asinθcosωt.

(1)

Ee=Acosθcosωt.

(2)

Eo′=Asinθcosωt.

(3)

Ee′=Acosθcos(ωt+π).

(4)

由于出射光中o光、e光光矢量相位相反,則出射光仍然是線偏振光.

設(shè)出射線偏振光與波片光軸夾角為β,由(3)、(4)式得

(5)

由(5)式可得,出射線偏振光與入射線偏振光的振動方向相對于波片光軸對稱,即振動面轉(zhuǎn)過了2θ角.

2.3 瓊斯矩陣法

偏振器件的特性可以用一個二階矩陣來描述, 該矩陣稱為偏振器的瓊斯矩陣.[1]

(6)

(7)

將(7)式代入(6)式,求得出射光光矢量

(8)

由(7)、(8)式可知:出射光仍是線偏振光,只是改變了振動方向, 相對于波片光軸和原振動方向?qū)ΨQ.

瓊斯矩陣法涉及了線性代數(shù)中矩陣計算,需要已知或計算對應(yīng)波片的瓊斯矩陣表達式,理解掌握有一定的難度.

本文通過一題多解、深入剖析,正視學(xué)生的思維方式,不僅有助于提高教學(xué)效果,也有助于增強學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性.