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弹球、踢毽子、跳房子、推铁环,当然还有奇妙的万花筒,勾画出了多少孩子朴素而快乐的童年。在孩子们的眼中,万花筒里的“花”,就如同梁祝化身的彩蝶,武则天眼中的牡丹,翩翩而来的百花仙子,一种“花”离去,从此几十年难再重现。通常的万花筒是利用镜面反射的原理,将几片镜片加以组合,再加上好看的彩纸、彩珠或彩色的液体制作而成。在此我们带领大家制作一种全新的万花筒,它利用的是光的另外两个重要的性质。现在就来看看这令万花筒是怎么做的吧。

请准备以下实验材料

偏振万花筒的实验操作 

一段圆形塑料管,一块黑色硬卡纸,一张透明胶片,两片偏振片和少许胶条。

 

 

请按下面的步骤进行实验

偏振万花筒的实验操作 

1. 从透明胶片上剪一个圆形的胶片,直径大概在5-6cm

偏振万花筒的实验操作 

2. 在剪好的胶片上随意地缠上透明胶条,缠绕得越零乱越好,并尽量将胶片上的每一处都缠上胶条。

偏振万花筒的实验操作 

 

3. 剪一大一小两个圆形偏振片,大偏振片与圆形胶片相当,小偏振片与圆形管相当。

 

 

 

 

偏振万花筒的实验操作 

4. 从黑色硬卡纸上剪一个大小与圆形管相当的圆形片,并在中间剪一个小孔。

偏振万花筒的实验操作 

5. 将小偏振片固定在圆形管上,并将带孔的圆形硬卡纸固定在此偏振片上,然后将圆形管进行适当的包装,偏振型万花筒就制作完成了。

偏振万花筒的实验操作 

6. 观看时,依次按圆形偏振片、圆形胶片、圆形管的顺序设置,并从小孔中观看,就可以看到五颜六色的图案。适当地转动偏振片或胶片,可以看到神奇的色彩变化。

两片偏振片加上少许凌乱的胶条就可以产生如此五彩缤纷的世界,亲自动手做一个,比一比,看看谁的万花筒更漂亮。

与传统万花筒的光的反射原理不同,这个万花筒利用的是光的另外两个重要性质——偏振和旋光。

 

 

光可以看作是一种波动现象,并且光波的振动方向与它的传播方向相互垂直,这是横波的典型特征,这个特征使得通过波的传播方向并且包含振动矢量的那个平面与其他不包含振动矢量的任何平面有区别,这种现象通常被称为波的振动方向对传播方向没有对称性,这种不对称性叫做偏振。通常的自然光包含朝各个方向的偏振光,从而不易显现光的偏振特性。但是当光通过某些特殊材料时,只有偏振方向沿某一特定方向的光才能够通过,其余的光则全部被吸收。上面实验中使用的偏振片就是用这种特殊材料制作而成的,它使得通过它的光的偏振方向都在同一方向上。偏振万花筒的实验操作

偏振原理图

光还有另外一个叫做旋光的特性,它是当偏振光通过某些特殊材料时,光的偏振方向将发生一定程度的旋转,旋转的幅度随材料、光的频率等因素而不同。绝大部分有机材料都是旋光材料。

在上面的实验中,自然光经过第一个偏振片后,就变成了振动方向沿某一特定方向的偏振光,再通过缠了胶条的胶片后,因为胶条缠得比较零乱,并且不同的区域胶条的厚度有所不同,偏振光中不同频率的光波其偏振方向转过的角度就有所不同,再经过另一个偏振片后,某些颜色的光就被滤掉了,所以就会在小孔中呈现出五颜六色的图案。

偏振和旋光在日常生活中有着很广泛的应用。人们经常戴的偏光眼镜就是应用偏振原理制作而成的,它的镜片实际上相当于两片偏振片,自然光经过这两片偏振片后,大部分光都被滤掉了,使得光的强度大幅减弱,起到保护眼睛的作用。

我们平常所看的立体电影也是应用偏振的原理制成的。在观看立体电影时,我们都要戴着一副特殊的眼镜,这副眼镜的镜片是由偏振方向互相垂直的两个偏振片构成的。在同一套胶片上的两套图像以不同偏振方向的光通过镜片,就使得两只眼晴所接收到的图像产生差异,进而产生立体感。

特别提示:

1. 本实验将用到剪刀等工具,注意不要伤手。

2. 缠在胶片上的透明胶条越凌乱,得到的图案就越丰富。

问答题:

1. 传统的万花筒是应用什么原理制作的?

2. 本实验中的万花筒是应用什么原理制作的?

3. 偏振是横波所特有的还是纵波所特有的?

4. 不同频率的光经过同种旋光材料时偏振方向旋转的幅度相同吗?

 

 

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