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4.6 光的偏振 激光
《选择性必修第一册》 第四章 光
学习目标
1.通过观察光的偏振现象，知道光是横波。
2.知道偏振光和自然光的区别，能运用偏振知识解释生活中的一些常见光学现象。
3.了解激光的特性，能举例说明激光技术在生产生活中的应用。
目录：
03
04
激光的特点及其应用
偏振现象的应用
01
02
光的偏振
偏振
思考：在观看立体电影时，观众要戴上特制的眼镜，如果不戴这副眼镜，
银幕上的图像就模糊不清了。这是为什么？
摄影师又是如何拍摄下清晰的画面的呢？带着这些疑问让我们一起开启今天的学习之旅。
光的干涉和衍射说明光具有波动性，但光波是横波还是纵波？
什么是横波？什么是纵波？
横波
纵波
质点振动方向总是垂直于波的传播方向.
质点振动方向总是跟波的传播方向在同一直线上.
有没有方法区别它们？
一、偏 振
1.在横波中，振动方向总是垂直于波的传播方向。
(1)偏振现象:在垂直于传播方向的平面上,只沿着一个特定的方向振动的波叫波的偏振现象。
(2)偏振方向:横波的振动方向称为“偏振方向”。
绳波的振动方向与狭缝的方向平行时，传播情况正常；
振动方向与狭缝方向垂直时，绳波经过狭缝后消失。这种现象叫做横波的偏振现象。
（3）如图是一列横波，当这列横波穿过带有狭缝的木板时，狭缝的方向与波的振动方向相同，横波是否可以穿过？
横波的振动方向称为偏振方向,狭缝的方向称为透振方向。二者平行时,横波可完全通过;二者互相垂直时,横波完全不能通过;既不平行也不垂直时,可部分通过。
2.纵波不发生偏振现象
一列纵波，以这列纵波的传播方向为轴，无论我们怎么旋转第二块木板，纵波都能通过。也就是说纵波不发生偏振现象。
偏振现象是横波特有的
横波能够发生偏振现象而纵波不能发生偏振现象，这就是横波与纵波的一个区别
思考与讨论:
为此我们需要一种光学“狭缝”——偏振片来检验光是横波还是纵波
二、光的偏振
1.偏振片:一种由高分子薄膜制成的光学器件,每个偏振片都有一个特定的方向,只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片,这个方向叫做“透振方向”。
2.自然光和偏振光:
①自然光:太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫做自然光。
②偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光，叫偏振光。
光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光。
光振动沿着特定方向的光就是偏振光。
演示：光的偏振现象
结论：光可以发生偏振，说明光是横波.
通过偏振片P的偏振光照射到偏振片Q时，如果两个偏振片的透振方向平行，那么，通过P的偏振光的振动方向与偏振片Q的透振方向一致，可以透过Q（图乙）；
如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振动方向跟偏振片Q的透振方向垂直，不能透过Q（图丙）。
事实上，只要光的振动方向不与透振方向垂直，它都可Q以不同程度地通过偏振片，不过强度要比振动方向与透O振方向平行的光弱一些
生活中的偏振光
除了太阳、电灯等光源直接发出的光以外，我们见到的绝大部分都是不同程度的偏振光，如自然光在玻璃、水面、木质桌面(非金属表面)等表面反射时，反射光和折射光大部分都是偏振光。
3.光是一种横波
自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。
三、偏振现象的应用
用偏光镜消除了反射偏振光使玻璃内人物清晰可见
镜头未加偏振片时
拍摄的橱窗
加偏振片时拍摄的橱窗
（减弱反射光，使景象清晰）
立体3D电影
三、偏振现象的应用
三、偏振现象的应用
另外，在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分散射光。
昆虫对偏振光的应用
人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。
比如蜜蜂有五支眼、三支复眼、两支复眼，每个复眼包含有6300个小眼，这些小眼能根据太阳的偏光确定的方位，然后以太阳为定向标来判断方向，所以蜜蜂可准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛。
做一做：
通过偏振片看液晶显示器
例1　两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面调整至没有光通过。如果将其中的一片旋转180°，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象(　　)
A．透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零
B．透过偏振片的光强先增强，然后减少到非零的最小值
C．透过偏振片的光强在整个过程中都增强
D．透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强
A
小试牛刀
光是从物质的原子中发射出来的。原子获得能量以后处于不稳定状态，它会以光的形式把能量发射出去。
普通光源发出的自然光是许多频率、相位、偏振以及传播方向各不相同的光的杂乱无章的混合。这导致两个独立的普通光源发出的光不会发生干涉。
四、激光的特点及应用
1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了传播方向、偏振、相位等性质完全相同的光波，这就是激光（laser）
①高相干性----频率相同，相位恒定、偏振方向一致。
②高定向性----平行度好、扩散程度小。
③高单色性----频率单一（频率范围小，f几乎单一，颜色几乎完全一致。）　
④高亮度、高功率----能量在很小的空间，很短时间内集中。
激光的应用
1、加工领域：
（1）数控激光切割雕刻机(高亮度、高能量）: 广告字牌、展板、建筑模型、工艺品、等。
激光的应用
（2）激光焊接机（高亮度、高能量）
激光的应用
（3）激光打标机：采用受计算机控制的激光做加工手段，在机械零部件、电子元器件、仪器、工具等表面制作 文字、图案等。
激光的应用
2、医疗领域: 激光在医疗领域中也有广泛的应用
（1）医疗诊断
激光治疗包括：辐照、烧灼、汽化、光刀切割以及光针针灸等。
激光的应用
激光洗、纹身
激光洗眉
激光美容仪
（2）激光美容：
激光能量在很短的时间内(不到一亿分之一秒)释放出来，形成能量密度很高的脉冲，会形成局部的冲击波，将人体的某些组织击碎，从而实现美容的效果。医学上称为"选择性破坏"
激光的应用
3、军事领域：
（1）激光武器： 激光武器用于杀伤敌重武器装备时，需要较高的能量，通常称为高能激光武器或称激光炮。目前美国已研制出机载和车载激光炮。激光炮的威力强大，命中率极高。
反导激光武器
激光制导
激光枪
激光的应用
（2）激光测距
激光的应用
（2）激光测距
（3）激光雷达
激光的应用
4、生活领域：
（1）激光条码器
激光的应用
（2）激光唱片：光盘（ VCD 、DVD ）刻录和读取
激光的应用
（3）激光通讯：激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息。光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物。
激光的应用
5、科研领域
激光控制核聚变
例2　(多选)关于应用激光的事例中，下列说法正确的是(　 　)
A．激光平行度好，可以用于测距
B．激光能量十分集中，为治疗近视眼而研制的“激光刀”就利用了这个特点，优点是有效地减少了细菌的感染
C．激光的亮度高，可以用于城市广场照明
D．激光的相干性好，可用于双缝干涉实验
ABD
小试牛刀
【课堂小结】
祝同学们学习愉快

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