案例教學(xué)法在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：《光的偏振》是光學(xué)的重要內(nèi)容，說(shuō)明光是橫波，在生活和軍事中有廣泛應(yīng)用，將具體案例應(yīng)用于光的偏振教學(xué)中，有助于激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣、提高知識(shí)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。本文以光的偏振為例，進(jìn)行案例教學(xué)法探索，突出光的偏振的應(yīng)用性。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)法;大學(xué)物理;光的偏振

分類(lèi)號(hào)：G633.7

1.引言

隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)人才的需求也在發(fā)生變化，極大的促進(jìn)了教學(xué)理念和方法的改進(jìn)。大學(xué)物理是自然學(xué)科的基礎(chǔ)，其來(lái)源于生活應(yīng)用于生活，如何讓學(xué)員學(xué)習(xí)知識(shí)的基礎(chǔ)上解決知識(shí)的應(yīng)用具有重要意義。本文以光的偏振為例，首先介紹教學(xué)內(nèi)容，接著介紹其教學(xué)案例，有助于高效開(kāi)展教學(xué)。

2.光的偏振教學(xué)內(nèi)容

光的偏振是大學(xué)物理課程波動(dòng)光學(xué)的主要內(nèi)容，其知識(shí)在生活和軍事中都有廣泛應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容主要包括：偏振的基本概念、布儒斯特定律和馬呂斯定律，教學(xué)目標(biāo)：理解光的五種偏振態(tài)、掌握布儒斯特定律和馬呂斯定律、了解起偏和檢偏的方法。其特點(diǎn)是基本概念多、邏輯推導(dǎo)少、知識(shí)掌握易、知識(shí)應(yīng)用難。

光的偏振說(shuō)明光的橫波性，橫波即光矢量的振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较蚴遣痪哂袑?duì)稱(chēng)性，根據(jù)光矢量對(duì)傳播方向的不對(duì)稱(chēng)情況，可以分為自然光、線偏振光、部分偏振光及橢圓偏振光和圓偏振光。

普通光源發(fā)出的光是自然光，自然光通過(guò)偏振片即獲得線偏振光，馬呂斯定律給出了透射光強(qiáng)和入射光強(qiáng)之間的定量關(guān)系，由此可知改變偏振化方向之間的夾角即可改變透射光的強(qiáng)度。

當(dāng)自然光在兩種各向同性介質(zhì)的分界面上反射和折射時(shí)，光波電矢量振動(dòng)的空間分布會(huì)失去對(duì)于傳播方向的對(duì)稱(chēng)性，從而變成部分偏振光。當(dāng)入涉角為某一特定角時(shí)，布儒斯特定律表明，此時(shí)反射光是線偏振光。

自然界中，光滑的植物葉片，江河湖海的水面，冰雪、沙漠、云、魚(yú)鱗和皮革等物體都充當(dāng)著天然反射起偏器的作用。自然光照射后，反射光中電矢量垂直分量和平行分量的振幅發(fā)生變化，因此反射光不再是各向同性的自然光，而成為部分偏振光或線偏振光，

3.光的偏振教學(xué)案例

3.1在鏡頭前加偏振鏡可提高目標(biāo)探測(cè)的準(zhǔn)確度

在拍攝表面光滑的物體，如玻璃器皿、水面、塑料表面等，常常會(huì)出現(xiàn)耀斑或反光，這是由于光線的偏振而引起的。在拍攝時(shí)加用偏振鏡，并適當(dāng)?shù)匦D(zhuǎn)偏振鏡面，當(dāng)偏振鏡面方向與反射光方向垂直時(shí)，由馬呂斯定理可知，能夠阻擋一些偏振光，從而消除或減弱這些光滑物體表面的反光或亮斑，當(dāng)觀察到被攝物體的反光消失時(shí)，既可以停止轉(zhuǎn)動(dòng)鏡面。如圖所示很明顯看出利用偏振鏡可以有效還原偏振光，提高目標(biāo)探測(cè)的準(zhǔn)確度，從而得到反射表面的各類(lèi)信息。

3.2佩戴偏光眼鏡可提高觀察目標(biāo)的清晰度

武警部隊(duì)擔(dān)負(fù)執(zhí)勤、處置突發(fā)社會(huì)安全事件、防范和處置恐怖活動(dòng)、海上維權(quán)執(zhí)法、搶險(xiǎn)救援和防衛(wèi)作戰(zhàn)等其他任務(wù)。冬季像哈爾濱或者新疆西藏地帶，常年積雪，執(zhí)行任務(wù)時(shí)，反射光較強(qiáng)比較刺眼，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)和射擊命中率都會(huì)受到很大的影響。如果佩戴偏振片眼鏡，且偏振方向以平行于入射光的光振面為主，由于反射光是以垂直于入射光為主的部分偏振光或線偏振光，由馬呂斯定律可得，此時(shí)只有平行方向光可以通過(guò)，所以消去大量反射光，從而提高發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的準(zhǔn)確度，提高射擊精度。

3.3車(chē)窗前貼偏振片可降低安全事故

隨著時(shí)代發(fā)展，我國(guó)經(jīng)濟(jì)日益增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車(chē)擁有量也隨著增加。當(dāng)前不容忽視的是機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量增長(zhǎng)帶來(lái)的交通安全問(wèn)題。據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，在每年的車(chē)輛交通事故里，發(fā)生在夜間的占較大的比例，而正確使用車(chē)燈能降低夜間行車(chē)安全問(wèn)題的重點(diǎn)。由于車(chē)燈發(fā)出的光為自然光，在車(chē)前大燈以及車(chē)前窗玻璃加裝偏振片，由馬呂斯定律可知，可減少遠(yuǎn)光燈射入人眼引起的看不清路面，從而降低駕車(chē)事故。

3.4偏振探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

光電假目標(biāo)技術(shù)和光電偽裝技術(shù)越來(lái)越普遍的使用，使現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，不僅嚴(yán)重影響了光電探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)精度和準(zhǔn)度，也使快速準(zhǔn)確的區(qū)分復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的真假目標(biāo)成為了現(xiàn)代探測(cè)系統(tǒng)發(fā)展的重要破解需求。如圖所示的煙幕偽裝和迷彩偽裝，都是現(xiàn)在較為有效的偽裝手段。還有遮障偽裝和示假偽裝，也有廣泛的應(yīng)用。

近年來(lái)，隨著隱身技術(shù)的發(fā)展，特別是加裝有偽裝涂層的各類(lèi)坦克、裝甲等目標(biāo)的出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)的檢測(cè)手段和方法很難有效檢測(cè)出目標(biāo)信息。尤其是在地面類(lèi)復(fù)雜背景下，如何有效提高對(duì)地面復(fù)雜背景下的隱身目標(biāo)的檢測(cè)能力，減小隱身目標(biāo)的威脅己越來(lái)越迫切，具有非常重要的研究意義和軍事應(yīng)用價(jià)值。

在軍事探測(cè)中，由于目標(biāo)一般是人造的，具有較光滑表面，因而其輻射或是反射光中的線偏振較強(qiáng)，一般目標(biāo)所處的背景（如泥土、植被）都相對(duì)粗糙， 其輻射或反射光偏振度相對(duì)較低。基于偏振光進(jìn)行空間目標(biāo)的識(shí)別的研究可以開(kāi)拓空間目標(biāo)探測(cè)識(shí)別技術(shù)的方向，具有極高的軍事意義和科學(xué)意義。

對(duì)于導(dǎo)彈，通過(guò)有效的檢測(cè)方法對(duì)地面復(fù)雜背景下隱身目標(biāo)的準(zhǔn)確檢測(cè)，可采用合適的制導(dǎo)律，進(jìn)而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確打擊，減少導(dǎo)彈對(duì)隱身目標(biāo)打擊時(shí)的脫靶量，進(jìn)而可有效地抑制敵方的縱深打擊能力和突防能力，減少己方損失。

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作者簡(jiǎn)介：高玲玲，女，講師，主要從事物理教學(xué)科研工作。