奇妙的偏振光

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这是一个关于美国科学家费曼的故事。费曼在巴西大学做客座教授时，发现许多学生只会背诵教科书上的结论，甚至只会用教科书原话来解答教科书上的既定问题，这让费曼感到郁闷。有一天他讲到了“偏振光”，拿出了两块偏振片向学生演示，当费曼提出一些教科书上的问题时，学生们对答如流，甚至连费曼都自叹不如。但当费曼脱离教材问到自然界中哪些是偏振光时，学生们完全就不知怎么解答了。这时费曼拿起一块偏振片，对着窗外的海面，转动偏振片，让学生们透过偏振片观察：海面出现了明暗变化，就像两块偏振片重叠时看到的情景一样！学生们这才恍然大悟：“这就是偏振光！”我们是否也如这些巴西的学生一样，知识仅停留在纸面上呢？来看看下面的偏振光实验，你能否轻松地理解呢？

实验1 变 化 的 光

材料和工具

2块偏振片。

实验步骤

（1）取两块偏振片，正对着天空。保持一块偏振片不动，慢慢旋转另一块偏振片，发现透过两块偏振片的光线先是逐渐变暗，然后又开始慢慢变亮。当两块偏振片正交时，几乎没有光线透过。

（2）取一块偏振片，对着天空旋转。会发现，无论如何旋转，透过偏振片的光线都不会发生明暗变化。

（3）取一块偏振片，对着反射光线的镜面物体旋转，比如对面房子的一扇反光的窗玻璃，可以发现又出现了光线明暗交替的现象。

智慧花

我们知道，光是一种横波，振动方向垂直于光的传播方向，其在垂直于传播方向的空间上振动，我们可以将所有振动方向的光分解成振动强度相同、正交的两部分，这样的光就是自然光。当自然光透过一块偏振片时，只有一个部分的光可以通过，这时透过偏振片的光线就变成了偏振光。这时如果再使用一块偏振片，当两块偏振片的偏振方向相同时，偏振光可以透过另一块偏振片；若两块偏振片的偏振方向正交，则偏振光完全不能透过。这就是步骤（1）、（2）中出现的现象。

但是当自然光在玻璃、水面等表面反射后，变成了振动在某一方面具有相对优势的偏振光，所以此时只需一块偏振片，就可以观察到明暗交替的现象。比如摄影师在拍摄时会使用偏振镜，可以减弱反射光而使水下或玻璃后的影像更清晰；而汽车驾驶员戴上偏振太阳镜也可以防止马路或前方车辆产生的反射炫光，大大提高了行车安全性。现在你知道如何判断你的太阳镜是不是偏振镜了吗？

实验2 变暗的液晶屏

材料和工具

偏振片，液晶屏。

实验步骤

取偏振片在工作着的液晶屏幕前转动，可以发现液晶屏幕的光线也出现了明暗交替的偏振现象，也就是说液晶屏幕发出的光是偏振光。

智慧花

原来液晶显示器中有两块正交的偏振光片，两块偏振片当中一个液晶盒。当光通过第一块偏振片后，成了偏振光，这束光在通过液晶时，因液晶具有旋光性，光的偏振方向会被液晶旋转90°，于是光就能通过第二块偏振片。但如果在液晶上加一定大小的电压时，液晶的旋光性就消失了，于是光线就不能通过第二块偏振片，根据这个原理就可以制成液晶显示器。而从液晶屏幕发出的光就是偏振光。

实验3 液晶屏上的量角器

材料和工具

偏振片，液晶显示器，塑料量角器。

实验步骤

（1）在液晶显示器上打开一页空白页面，以此作为照明光源，屏幕朝上放平。

（2）取一个塑料量角器（或者任何透明的塑料制品，如塑料尺子），将它放置在液晶显示器上。

（3）在量角器上加一块偏振片，会发现量角器上出现了五彩斑斓的彩色条纹。

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这些条纹其实是由材料本身产生的，原来当光透过各向性质均一的介质（如水）时，只有一个折射方向，但实际生活中，很多材料其内部的性质由于各种原因并不均匀，此时就会出现双折射的现象，即同一束光经过介质折射后会出现两束折射光，这两束光互相干涉，从而产生干涉条纹。加了偏振片后，可以滤掉大部分的干扰光线，因此我们可以更清楚地看到干涉图案。