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(共45张PPT)
6　光的偏振　激光
素养 目标定位
目标素养
1.知道什么是光的偏振现象,形成正确的物理观念,知道偏振是横波特有的性质
2.知道自然光和偏振光的区别,知道偏振现象的一些应用,培养分析解决实际问题的能力
3.了解激光的特性和应用,应用激光观察全息照片,培养科学素养
知识概览
课前 基础认知
一、偏振
1.横波与纵波的特点。
(1)在纵波中,各点的振动方向总与波的传播方向在 同一直线 上。
(2)在横波中,各点的振动方向总与波的传播方向 垂直 。
2.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”。
3.偏振方向:横波的 振动方向 称为“偏振方向”。
微思考1 偏振现象是横波的特有现象,纵波没有偏振现象,为什么
提示:因为在横波中,各点的振动方向总与波的传播方向垂直;在纵波中,各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上。
二、光的偏振
1.偏振片:由特定的材料制成,每个偏振片都有一个 特定 的方向,沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片,偏振方向与这个方向垂直的光不能通过,这个方向叫作“ 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,而且沿各个方向振动的光波的强度都 相同 。这种光是“自然光”。
(2)偏振光:光在垂直于 传播方向 的平面上,只沿着某个特定 的方向振动,这种光叫作偏振光。
3.光的偏振现象说明光是一种 横 波。
4.常见的偏振光:自然光在玻璃、水面和木质桌面等表面反射时,反射光和折射光都是偏振光,入射角变化时偏振的程度也有变化。
微判断1
1.偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同。(　　)
2.自然光通过偏振片后成为偏振光。(　　)
3.除了从光源直接发出的光以外,我们通常看到的绝大部分光都是偏振光。(　　)
4.如果偏振片的透振方向与偏振光的振动方向垂直,偏振光几乎不能透过偏振片。(　　)
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三、偏振现象的应用
1.摄影技术中的应用。
由于水和玻璃表面的反射光的干扰,常使景象不清楚,如果在照相机镜头前装一片 偏振滤光片 ,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,就可以 减弱 反射光而使景象清晰。
2.偏振片在汽车挡风玻璃上的应用。
在夜间行车时,迎面开来的车灯眩光常常使司机看不清路面,容易发生事故。如果在每辆车灯玻璃上和司机座位前面的挡风玻璃上安装一块 偏振片 ,并使它们的透振方向跟水平方向成45°角,就可以解决这一问题。
微思考2 立体电影放映时通过两台放映机,同步放映两组胶片,观众必须戴上特制的“3D”眼镜观看,才会产生立体感,使观众有身临其境的体验,若不戴上述眼镜,则看到银幕上的画面就会出现重影而模糊不清。请思考戴上“3D”眼镜观看立体电影应用了什么原理。
提示:应用了光的偏振现象。
四、激光的特点及其应用
1.激光的产生。
激光是原子受激辐射产生的光,传播方向、频率、偏振方向、相位差均 相同 ,两列相同激光相遇可以发生 干涉 。激光是 人工 产生的相干光。
2.激光的特点及应用。
微判断2
1.激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点。(　　)
2.激光可用做作“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好。
(　　)
3.激光打孔是应用了激光相干性好的特点。(　　)
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课堂 重难突破
一 偏振光的理解及应用
问题探究
如图所示,人眼隔着偏振片B、A去看一只电灯泡S,一束透射光都看不到。使偏振片以偏振片圆心的连线为轴转动。
探究1:使A和B同时转过90°,能够看到透射光吗
提示:看不到透射光。
探究2:使A不动,单使B转过90°过程中,看到光如何变化
提示:看到透射光逐渐变亮。
归纳总结
1.自然光和偏振光的比较。
2.偏振光的产生方式。
(1)自然光在玻璃、水面等表面反射时,反射光和折射光都是偏振光,入射角变化时偏振的程度也会变化。自然光射到两种介质的分界面上,如果光入射的方向合适,使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直。
(2)自然光经过偏振片(起偏器)后能形成偏振光。偏振光可以用另一个偏振片(检偏器)检验。
典型例题
【例1】如图所示,让白炽灯发出的光通过偏振片P和Q,最后射到Q右侧的光屏上。P、Q可以从图示位置开始转动。下列说法正确的是(　　)
A.白炽灯光为纵波
B.横波无法通过P
C.Q旋转任意角度后光屏不会变亮
D.P、Q都旋转90°后光屏变亮
答案:D
解析:光的偏振现象是横波特有的现象,当波的振动方向与P或Q的透振方向一致时,波能通过偏振片,选项A、B错误。Q旋转一定的角度,与P的透振方向平行时,光波依然能够通过偏振片,照亮光屏,选项C错误。P、Q都旋转90°后,透振方向依然平行,光波可以通过偏振片照亮光屏,选项D正确。
【例2】(2025·贵州卷)天花板上有一发光的白炽灯,桌上有一盆水。某同学第一次透过偏振片观察白炽灯,如图甲所示;第二次透过偏振片观察白炽灯在水中的倒影,如图乙所示。在两次观察中,以所观察光的传播方向为轴旋转偏振片时,透过偏振片观察到(　　)
A.白炽灯和倒影的亮度均变化
B.白炽灯和倒影的亮度均不变
C.白炽灯亮度不变,倒影亮度变化
D.白炽灯亮度变化,倒影亮度不变
答案:C
解析:白炽灯发出的光为自然光,其振动方向均匀分布,所以第一次透过偏振片观察白炽灯,白炽灯亮度不变;而自然光通过水面反射后为偏振光,则第二次透过偏振片观察白炽灯在水中的倒影时,当旋转偏振片时,偏振片的透振方向与反射光的振动方向的夹角不断变化,所以倒影的亮度会发生变化。选项C正确,A、B、D错误。
特别提醒
1.偏振现象在生活中非常普遍,并不是只有自然光通过偏振片后才变为偏振光,生活中除光源直接发出的光外,我们看到的绝大部分光都是偏振光,如自然光射到水面时的反射和折射光线,尤其是二者互相垂直时,都是典型的偏振光,并且是完全偏振光,振动方向相互垂直。 2.只有横波才能发生偏振现象,光是横波。
二 激光的特性及应用
问题探究
下面的图展示了激光的应用,分别应用了激光的什么特性
提示:题图甲、乙应用了激光的平行度好的特性,题图丙应用了激光亮度高的特性。
归纳总结
1.相干性好。
所谓相干性好,是指容易产生干涉现象。普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的,而激光器发出的激光的频率几乎是单一的,并且满足其他的相干条件。所以,现在我们做双缝干涉实验时,无须在双缝前放一个单缝,而是用激光直接照射双缝,就能得到既明亮又清晰的干涉条纹。利用相干光易于调制的特点传输信息,所能传递的信息密度极高,
一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视,全国人民同时通话还用不完它的通信容量,而光纤通信就必须借助激光技术才能发展。
2.平行度非常好。
与普通光相比,传播相同距离的激光束的扩散程度小,光线仍能保持很大的强度,保持它的高能量,利用这一点可以精确测距。
3.激光的亮度非常高。
激光不能直接照射眼睛,否则会伤害眼睛。
4.激光单色性很好。
激光的频率范围极窄,颜色几乎是完全一致的。
5.全息照相。
如图为拍摄全息照片的基本光路。同一束激光被分为两部分,一部分直接照射到底片上(称为参考光),另一部分通过被拍摄物反射后再到达底片(称为物光)。参考光和物光在底片上相遇时会发生干涉,形成复杂的干涉条纹。底片上某点的明暗程度反映了两束光叠加后到达这点时光波的强弱。全息照片的拍摄利用了光的干涉原理,要求参考光和物光有很高的相干性。
典型例题
【例3】关于激光的应用问题,下列说法正确的是(　　)
A.光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制,使其在光导纤维中传递信息的
B.计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点
C.医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
D.激光测距雷达利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
答案:C
解析:由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性好,选项A错误;计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好,选项B错误;医疗中的激光“光刀”利用了激光的亮度高的特点,选项C正确;激光测距利用的是激光的平行度和方向性好的特点,选项D错误。
成 果 验 收 站
1.一张光盘可以记录几亿个字节,其信息量相当于几千本十多万字的书,其中一个重要的原因就是光盘上记录信息的轨道可以做得很密,1 mm的宽度至少可以容纳650条轨道。这是应用了激光的什么特性(　　)
A.平行度好,会聚点小
B.颜色单一
C.容易发生衍射
D.可以发生偏振现象
答案:A
解析:激光具有能量高、平行度好、相干性好等特性,读出光盘上密集的信息,是利用了激光的平行度好的特性,由于平行度好,激光可以会聚到很小的一点,让这一点照射到计算机的光盘上,就可以读出光盘上记录的信息。由于会聚点很小,所以光盘记录信息的密度很高,1 mm的宽度至少可以容纳650条轨道,选项A正确,B、C、D错误。
2.(多选)关于自然光和偏振光,以下说法正确的是(　　)
A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同
B.偏振光是在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定的方向振动的光
C.自然光透过一个偏振片后就成为偏振光,偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光
D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光
答案:BD
解析:自然光沿各个方向振动的光波的强度都相同,选项A错误。偏振光是在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定的方向振动的光,选项B正确。自然光透过一个偏振片后就成为偏振光,但偏振光经过一个偏振片后不能还原为自然光,选项C错误。太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光,选项D正确。
3.(多选)如图所示,P是一个偏振片,P的透振方向(用带箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中照射P时能在P的另一侧观察到透射光的是(　　)
A.太阳光
B.沿竖直方向振动的光
C.沿水平方向振动的光
D.沿与竖直方向成45°角振动的光
答案:ABD
解析:太阳光可以向各个方向振动,所以能通过偏振片观察到光,选项A正确。沿竖直方向振动的光与偏振片的透振方向一致,能通过偏振片,选项B正确。沿水平方向振动的光与透振方向垂直,通过偏振片观察不到透射光,选项C错误。只有透振方向与光的振动方向垂直时才观察不到透射光,沿与竖直方向成45°角振动的光能通过偏振片观察到透射光,选项D正确。
4.(多选)光的偏振现象说明光是横波。下列现象中,能反映光的偏振特性的是(　　)
A.一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射光的强度发生变化
B.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
C.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可使成像更清晰
D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可看到彩色条纹
答案:ABC
解析:通过手指间的缝隙观察日光灯,看到的彩色条纹是光的衍射现象,选项D错误。
5.(多选)准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光刀,可用于进行近视眼的治疗。用这样的激光刀对近视眼进行手术,手术时间短、效果好、无痛苦。关于这个治疗,下列说法正确的是(　　)
A.近视眼是物体成像在眼球中的视网膜的前面,使人不能看清物体
B.激光具有很好的方向性,用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术
C.激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复
D.激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削
答案:ABD
解析:人的眼睛是一个光学成像系统,角膜和晶状体相当于一个凸透镜,物体通过凸透镜成像在视网膜上,人就能看清楚物体。当角膜和晶状体组成的这个凸透镜的焦距比较小,物体成像在视网膜的前面时,人就不能看清物体,这就是近视眼,选项A正确。激光具有很好的方向性,用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术,选项B正确。激光手术不是修复视网膜,而是对角膜进行切削,改变角膜的形状,使眼球中的凸透镜的焦距适当变大,物体经过角膜和晶状体后成像在视网膜上,选项C错误,D正确。
6.应用激光平行度好的特点,可以精确地测量距离。对准目标发射一个极短的激光脉冲,测量发射脉冲与收到的反射脉冲的时间间隔,就可求出激光器到目标的距离。若在地球上向月球发射一个激光脉冲,测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56 s,则月球到地球的距离大约是多少
答案:3.84×105 km

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