一道光学例题引发的教学思考与探索

葛水兵

(苏州大学物理科学与技术学院,江苏 苏州 215006)

光的偏振问题属于中学物理竞赛和一流大学建设高校“强基计划”考核内容,也是大学物理教学大纲内容.本文精讲了一道例题,通过一题多解、深入研究,探求解决问题的思路,培养学生开放性思维能力.

1 一道光学例题

解析过程貌似简单易懂,然而学生理解不到位,容易产生误解.

本文对上述问题进行深入挖掘，通过一题多解,培养学生思维的开放性和灵活性.

2 解题分析

2.1 图解法

如图1所示,实线表示入射线偏振光,虚线表

图1

2.2 解析法

入射线偏振光刚进入波片时,被分为相位相同的o光和e光,光矢量分别为

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,则出射光仍然是线偏振光.

设出射线偏振光与波片光轴夹角为β,由(3)、(4)式得

(5)

由(5)式可得,出射线偏振光与入射线偏振光的振动方向相对于波片光轴对称,即振动面转过了2θ角.

2.3 琼斯矩阵法

偏振器件的特性可以用一个二阶矩阵来描述, 该矩阵称为偏振器的琼斯矩阵.[1]

(6)

(7)

将(7)式代入(6)式,求得出射光光矢量

(8)

由(7)、(8)式可知:出射光仍是线偏振光,只是改变了振动方向, 相对于波片光轴和原振动方向对称.

琼斯矩阵法涉及了线性代数中矩阵计算,需要已知或计算对应波片的琼斯矩阵表达式,理解掌握有一定的难度.

本文通过一题多解、深入剖析,正视学生的思维方式,不仅有助于提高教学效果,也有助于增强学生的学习积极性和主动性.