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第四章 光
物理选择性必修第一册 人教版2019
第六节 光的偏振 激光
学习目标
01
02
03
04
物理观念
理解光的偏振现象，认识光作为横波的特性；掌握激光的相干性、高方向性、高亮度等特性及其应用原理。
科学思维
通过类比机械波实验，分析偏振片对光波的筛选作用，建立“振动方向决定透射”的模型；结合实例归纳激光的特性与其应用间的逻辑关系。
科学探究
设计并完成偏振片实验，观察自然光与偏振光的透射规律。
科学态度与责任
认识激光技术对社会发展的推动作用，树立科技创新的责任感。
重点难点
教学重点
教学难点
光的偏振现象及其横波本质；激光的特性与应用。
偏振方向对透射光的影响。
课堂引入
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
偏振
01
1.偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的。这个现象称为“偏振现象”。
2.偏振方向：一列沿水平方向传播的横波，既可能沿上下方向振动，也可能沿左右方向振动，还可能沿其他“斜”的方向振动。横波的振动方向称为“偏振方向”。
一、偏振
3.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。
一、偏振
问题：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？
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!
伟大的物理学家惠更斯最早提出光是纵波，托马斯·杨认为光是一种横波，但在当时他们都缺乏充足的证据证明自己的观点。
一、偏振
光的偏振
02
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”。
示意图
箭头表示透振方向
二、光的偏振
观察光的偏振现象
二、光的偏振
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。
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。
二、光的偏振
2.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 ）。
二、光的偏振
太阳光是自然光
3.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。
P
Q
自然光
偏振光
起偏器
检偏器
二、光的偏振
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）。
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。
反射引起自然光的偏振
二、光的偏振
光振动垂直于纸面
光振动在纸面内
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。
二、光的偏振
偏振现象的应用
03
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
三、偏振现象的应用
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）
镜头未加偏振片时
拍摄的花
镜头加偏振片时
拍摄的花
用偏光镜拍摄水底
三、偏振现象的应用
汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且
规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与
水平面成45度角，那么，司机从前窗只能
看到自已的车灯发出的光，而看不到对面
车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，既
不用熄灯，也不用减速，可以保证安全行车。
三、偏振现象的应用
未 装 偏 振 照 明 灯 的 情 景
安装偏振照明灯的情景
三、偏振现象的应用
三、偏振现象的应用
立体电影:偏振式3D技术是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的，通过在显示屏幕上加放偏光板，可以向观看者输送两幅偏振方向不同的画面，当画面经过偏振眼镜时，
由于偏振式眼镜的每只镜片只能
接收一个偏振方向的画面，这样
一来人的左右眼就会收到两组画
面，最后经过大脑合成立体影像。
参考光
照相底片
反射光
物光
物
同一激光束被分成两束，参考光直接照到底片上，物光也到达底片。两者干涉，在底片上形成复杂的干涉条纹，各点的明暗程度反映了叠加的加强和减弱的情形。
全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，它是利用参考光和物光发生干涉形成的。
拍摄全息照片的基本光路
激光的特点及其应用
04
1.相干性：激光是一种人工产生的相干光。
相干性应用：光纤通讯、激光全息技术
四、激光的特点及其应用
应用：测距、测速、信息存储和阅读
2.平行度非常好：从地面上发射的一束极细的激光束，到达月球表面时，也只发散成直径lm多的光斑，因此激光在地面上传播时，可以看成是不发散的。
手持式雷达测速仪
手提激光测距仪
四、激光的特点及其应用
3.亮度高：所谓亮度，是指垂直于光线平面内单位面积上的发光功率，自然光源亮度最高的是太阳，而目前的高功率激光器，亮度可达太阳的1万倍。
应用：工业切割、焊接；医学“光刀”；利用强激光产生的高压引发核聚变。
氧化熔化激光切割
激发核聚变
四、激光的特点及其应用
典例分析
05
图6-1
BD
A
【例题3】(多选)关于激光应用的事例中，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
总结
光的偏振
不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的。这个现象称为“偏振现象”。
光的偏振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
激光：相干性、平行度非常好、亮度高

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