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新人教版 选择性必修一
第四章 光
第六节 光的偏振 激光
立体电影出现于1922年。它能产生三维立体效果,当观众戴上立体眼镜观看时,有身临其境的感觉,亦称“3D立体电影”。 你看过立体电影吗 看立体电影为什么要戴上特制的眼镜 你能解释其中的奥秘吗
新课引入
学习任务一：偏振
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。
（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。
1.偏振现象
二、光的折射
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。
学习任务一：偏振
二、光的折射
光的干涉和衍射说明光具有波动性，那么光波是横波还是纵波呢？
问题
横波能够发生偏振现象而纵波不能发生偏振现象， 因此我们要判断一列波是横波还是纵波，只要看它能否发生偏振现象就可以啦!
3、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。
学习任务一：偏振
学习任务二：光的偏振
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”。
示意图
箭头表示透振方向
1.偏振片
结论：光可以发生偏振，说明光是横波.
学习任务二：光的偏振
2. 实验演示
学习任务二：光的偏振
结论：光可以发生偏振，说明光是横波.
2. 实验演示
二、光的折射
学习任务二：光的偏振
P
明
甲
P Q
（弱）
乙
明
暗
丙
P Q
当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变。
当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱。
当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零。
3. 实验现象
①自然光：实际上，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。这种光是
“自然光”（图 ）。
太阳光是自然光
学习任务二：光的偏振
4. 自然光与偏振光
②偏振光：自然光在通过偏振片 P 时，只有振动方向与偏振片的透振方向一致的光波才能顺利通过。也就是说，通过偏振片 P 的光波，在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动。这种光叫作偏振光（polarized light）。
P
Q
自然光
偏振光
起偏器
检偏器
学习任务二：光的偏振
偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光（图），入射角变化时偏振的程度也有变化。
二、光的偏振
反射引起自然光的偏振
学习任务二：光的偏振
光的偏振表明光是横波
用偏光镜消除了反射偏振光使玻璃门内的人物清晰可见
玻璃门表面的反光很强
偏光镜
5、偏振现象的应用
学习任务二：光的偏振
未使用偏振镜前
使用偏振镜后
三、偏振现象的应用
学习任务二：光的偏振
学习任务二：光的偏振
6、做一做
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。
学习任务三：激光
1、激光
那么，能否制造出频率、相位、偏振以及传播方向等性质都十分确定的“纯净”的光呢？ 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）。
梅曼（Theodore Harold Maiman 1927-2007）
学习任务三：激光
①激光的诞生是一件大事。它使得人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源。激光纯净的特性能在实际应用中带来很多方便。激光被广泛地应用于生产生活和科学研究中。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。今天，每时每刻都有无数激光信号承载着海量的信息在海底光缆中传输。借助它们，大洋两岸的人们可以实现廉价的实时通信，全世界被连接成一个整体。
2、激光的特点及其应用
学习任务三：激光
2、激光的特点及其应用
学习任务三：激光
②激光的另一个特点是它的平行度非常好，在传播很远的距离后仍能保持一定的强度。激光的这个特点使它可以用来进行精确的测距。此外，人们还可以利用激光束等各种实用的指向设备，为枪械、火炮、导弹等武器提供目标指引。
手持式雷达测速仪
手提激光测距仪
2、激光的特点及其应用
学习任务三：激光
③ 激光的亮度很高，也就是说，它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。可以利用激光束来切割、焊接以及在很硬的材料上打孔。医学上可以用激光做“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤，还可以用激光“焊接”剥落的视网膜。
氧化熔化激光切割
激发核聚变
2、激光的特点及其应用
学习任务三：激光
④此外，激光还是科学研究的有力工具。例如，以激光为光源，科学家们可以深入研究原子、分子和固体材料的光谱，从而了解这些物质的结构；利用激光，可以研究分子的运动和化学反应的过程；利用激光制作的高精度光钟，可以实现对频率和时间的超高精度测量，这是人类能完成的最准确的测量之一。
激光的用途还有很多。人们现在还在努力实现更多种类的激光，比如，频率远高于可见光、与 X 射线接近的超高频率激光（图 ）。它们也将成为生产和科研的有力工具
特点 作用 应用实例
相干光 可进行调制、传递信息 光纤通信
全息照相
平行度非常好 传播很远距离能保持一定强度，可精确测距测速 激光雷达测距、
测速
可会聚于很小的一点， 记录信息密度高 光盘记录信息
亮度高 可在很小空间短 时间内集中很大能量 激光切割、焊接、打孔、医疗手术
产生高压引起核聚变 人工控制聚变反应
2、激光的特点及其应用
学习任务三：激光
科学漫步
立体电影和偏振光
观看立体电影（3D 电影）时，观众戴的眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片。
这要从人眼看物的立体感说起。人的两只眼睛同时观察物体，不但能扩大视野，而且能判断物体的远近，产生立体感。这是由于人的两只眼睛同时观察一个物体时，两眼看到的两个像并不完全相同，左眼看到物体的左侧面较多，右眼看到物体的右侧面较多，这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近，从而产生立体感。
偏光镜头 立体电影
立体电影和偏振光
科学漫步
立体电影和偏振光
拍摄立体电影时，可以用两个镜头如人眼那样从两个不同方向同步拍摄景物的像，制成电影胶片。放映时通过两台放映机，同步放映两组胶片，使略有差别的两幅图像重叠在银幕上。这时如果用眼睛直接观看，看到的画面好像是电视信号不好时出现的“重影”。
实际上，每架放映机前还要安装一块偏振片，两架放映机射出的光，通过偏振片后成了偏振光。左右两架放映机前的偏振片的透振方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。图 用偏振眼镜观看立体电影这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众那里，偏振方向不变。
科学漫步
立体电影和偏振光
观众用上述的偏振眼镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图像，即左眼只看到左机映出的画面，右眼只看到右机映出的画面，这样就会像直接观看物体那样产生立体感（图 ）。实际拍摄立体电影时只用一台摄影机，让它通过两个窗口（相当于人的双眼）交替拍摄，两套图像交替地印在同一条电影胶片上。放映时也是只用一台放映机，把两套图像交替地映在银幕上。为了实现这些
功能还需要一套复杂的装置，但原理就是上面所说的那些。
1.(多选)关于光的偏振,下列说法正确的是（　　）
A.自然光通过偏振片后就变成了偏振光
B.立体电影就利用了光的偏振现象
C.在拍摄日落时水面、池中的鱼等景物时，可在镜头前装一偏振滤光片，使图像清晰
D.一束自然光在界面上发生反射与折射，反射光与折射光都是偏振的，且偏振方向都相同
典例分析
ABC
当堂达标训练
2.如图所示，下列说法不正确的是（　　）
A.图甲中，P、Q是偏振片，M是光屏，当P固定不动，缓慢转动Q时，光屏M上的光亮度将会变化，此现象表明光波是横波
B.图乙是双缝干涉示意图，若只减小屏到双缝间距离L，两相邻亮条纹间距离将减小
C.图乙中用白光进行实验，中央亮条纹是彩色的，两侧条纹也是彩色的
D.利用红外线进行遥感主要是因为红外线的波长长，容易发生衍射
C
当堂达标训练
3. (多选)如图所示,下列说法正确的有 ( 　)
A.如图甲,自然光由空气射向水面,反射光是偏振光
B.如图乙,立体电影原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理相同
C.拍摄图丙中玻璃橱窗中的物体,通常要在照相机镜头前加一个滤光片来消除反光
D.如图丁所示的衍射图样是由光照射一个不透光的圆盘得到的
AD
当堂达标训练
[解析] 如图甲,自然光由空气射向水面,反射光是偏振光,故A正确;
如图乙,立体电影的原理是光的偏振,照相机镜头表面涂上增透膜的原理是光的干涉,故B错误;
拍摄图丙中玻璃橱窗中的物体,通常要在照相机镜头前加一个偏振片来消除反光,故C错误;
如图丁所示,在圆形阴影中心有亮斑,即泊松亮斑,是由光照射一个不透光的圆盘得到的衍射图样,故D正确.
4.夜晚,汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼,严重影响行车安全(如图所示).若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃,使射出的灯光变为偏振光;同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃,其透振方向正好与灯光的振动方向垂直,但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体.假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置,则以下措施中可行的是 (　)
A.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向
是水平的
B.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向
是竖直的
C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°,车灯玻璃的透振
方向是斜向左上45°
D.前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°
D
当堂达标训练
[解析] 此题要求自己车灯发出的光经对面车窗反射后仍能进入自己眼中,而对面车灯发出的光不能进入自己的眼中.若前窗的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平,则从车灯发出的光照射到物体上反射回的光线将不能透过前窗玻璃,司机面前将是一片漆黑,A错误;
若前窗玻璃与车灯玻璃透振方向均竖直,则对面车灯的光仍能照射得司机睁不开眼,B错误;
若前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°,车灯玻璃的透振方向
是斜向左上45°,则车灯发出的光经物体反射后无法透射进本
车内,却可以透射进对面车内,C错误,D正确.

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