人教版 (2019)选择性必修 第一册6 光的偏振 激光学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册6 光的偏振 激光学案，共11页。

一、光的偏振
如图所示，取一个偏振片P，让阳光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些；在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，会看到什么现象？这说明什么？
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
1．偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也________，这种现象称为“偏振现象”，横波的__________称为“偏振方向”。
2．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______的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，这个方向叫作“______方向”。
(2)自然光和偏振光
①自然光：太阳、日光灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于________________上沿______方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都______。这种光是“自然光”。
②偏振光：在垂直于________________的平面上，沿着________________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______波。
偏振现象的应用
1．摄影技术中的应用： 摄影师在拍摄池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物时，由于水面和玻璃表面的反射光的干扰，景象会不清楚。如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，转动滤光片，让它的透振方向与水面和玻璃表面的反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰。
2．偏振片在汽车挡风玻璃上的应用：汽车夜间行驶与对面的车辆相遇时，如遇远光灯引发炫目，极易引起车祸。如果驾驶室的挡风玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振方向都沿同一方向并与水平面成45°角，可避免远光灯引发炫目，保证行车安全。
3．立体电影：在每架放映机前装有一块偏振片，其透振方向互相垂直。观众所戴的偏振眼镜的两只镜片透振方向互相垂直，且左眼镜片与左放映机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片与右边放映机前偏振片的透振方向一致。这样，左眼只能看到左边放映机放映出的画面，右眼只能看到右边放映机放映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感。
(1)横波和纵波都能产生偏振现象。( )
(2)自然光通过偏振片可以获得偏振光。( )
例1 (2023·广东韶关实验中学高二月考)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、只沿着某一特定方向振动的光
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偏振光
自然光与偏振光的比较
例2 (2022·江苏南通市高二期中)如图所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此时在光屏C上透射光的强度最大，则( )
A．光的偏振现象说明光是纵波
B．自然光垂直于OO′方向振动的光波的强度不相同
C．只将A绕OO′轴旋转30°时，屏上透射光的强度不为零
D．只将B绕OO′轴旋转180°时，屏上透射光的强度几乎为零
针对训练 (2022·江苏扬州市邵伯高级中学阶段练习)如图所示，两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到偏振片P上，再通过偏振片Q，现以光的传播方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90°，下列说法正确的是( )
A．MP间为偏振光
B．PQ间为自然光
C．PQ间的光线亮度逐渐变暗
D．光屏N上的亮线逐渐变暗
二、激光
1．激光的产生
激光是一种________相同、________恒定、__________一致的________(选填“人造”或“自然”)光波，具有高度的____________。
2．激光的特点及应用
(1)用激光做双缝干涉实验时应用了激光平行度好的特点。( )
(2)利用激光亮度高的特点，可以利用激光进行距离测量。( )
例3 关于激光的应用，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．医学上用激光做“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
例4 激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的( )
A．单色性好 B．高能量
C．可调谐 D．相干性好
6 光的偏振 激光
[学习目标] 1.知道光的偏振现象，知道光是一种横波(重点)。2.知道偏振光和自然光的区别，能运用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象(重难点)。3.了解激光的特点和应用。
一、光的偏振
如图所示，取一个偏振片P，让阳光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些；在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，会看到什么现象？这说明什么？
答案 会看到在旋转Q时光的亮度发生变化。
偏振片的作用类似于狭缝，只有振动方向与透振方向一致的光才能通过。当偏振片Q与P的透振方向平行时，穿过Q的光最强；当Q与P的透振方向垂直时，光不能透过Q。
1．偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同，这种现象称为“偏振现象”，横波的振动方向称为“偏振方向”。
2．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，这个方向叫作“透振方向”。
(2)自然光和偏振光
①自然光：太阳、日光灯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：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。
(3)光的偏振现象说明光是一种横波。
偏振现象的应用
1．摄影技术中的应用： 摄影师在拍摄池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物时，由于水面和玻璃表面的反射光的干扰，景象会不清楚。如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，转动滤光片，让它的透振方向与水面和玻璃表面的反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰。
2．偏振片在汽车挡风玻璃上的应用：汽车夜间行驶与对面的车辆相遇时，如遇远光灯引发炫目，极易引起车祸。如果驾驶室的挡风玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振方向都沿同一方向并与水平面成45°角，可避免远光灯引发炫目，保证行车安全。
3．立体电影：在每架放映机前装有一块偏振片，其透振方向互相垂直。观众所戴的偏振眼镜的两只镜片透振方向互相垂直，且左眼镜片与左放映机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片与右边放映机前偏振片的透振方向一致。这样，左眼只能看到左边放映机放映出的画面，右眼只能看到右边放映机放映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感。
(1)横波和纵波都能产生偏振现象。( × )
(2)自然光通过偏振片可以获得偏振光。( √ )
例1 (2023·广东韶关实验中学高二月考)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、只沿着某一特定方向振动的光
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偏振光
答案 B
解析 自然光沿各个方向振动的光波的强度相同，故A错误；偏振光是在垂直于传播方向的平面上、只沿着某一特定方向振动的光，故B正确；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不能还原为自然光，故C错误；太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光，故D错误。
自然光与偏振光的比较
例2 (2022·江苏南通市高二期中)如图所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此时在光屏C上透射光的强度最大，则( )
A．光的偏振现象说明光是纵波
B．自然光垂直于OO′方向振动的光波的强度不相同
C．只将A绕OO′轴旋转30°时，屏上透射光的强度不为零
D．只将B绕OO′轴旋转180°时，屏上透射光的强度几乎为零
答案 C
解析 光的偏振现象说明光是横波，A错误；自然光垂直于OO′各个方向振动的光波的强度都相同，B错误；自然光通过两偏振片后在光屏C上透射光的强度最大，说明两偏振片的偏振方向是平行的，只将A绕OO′轴旋转30°时，两偏振片的偏振方向不垂直，屏上透射光的强度不为零，C正确；将B绕OO′轴旋转180°时，两偏振片的偏振方向平行，透射光的强度最大，D错误。
针对训练 (2022·江苏扬州市邵伯高级中学阶段练习)如图所示，两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到偏振片P上，再通过偏振片Q，现以光的传播方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90°，下列说法正确的是( )
A．MP间为偏振光
B．PQ间为自然光
C．PQ间的光线亮度逐渐变暗
D．光屏N上的亮线逐渐变暗
答案 D
解析 MP间为自然光，经过偏振片P后变为偏振光，因此PQ间为偏振光，故A、B错误；自然光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到偏振片P上，使偏振片P由题图所示位置旋转90°的过程中，PQ间的光线亮度不变，屏上亮度逐渐变暗，当偏振片P与偏振片Q垂直时，光屏没有亮度，则光屏上光的亮度逐渐变暗，故C错误，D正确。
二、激光
1．激光的产生
激光是一种频率相同、相位差恒定、振动方向一致的人造(选填“人造”或“自然”)光波，具有高度的相干性。
2．激光的特点及应用
(1)用激光做双缝干涉实验时应用了激光平行度好的特点。( × )
(2)利用激光亮度高的特点，可以利用激光进行距离测量。( × )
例3 关于激光的应用，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．医学上用激光做“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，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，B错误；医学上用激光做“光刀”利用了激光的亮度高的特点，C正确；激光测距利用的是激光的平行度好的特点，D错误。
例4 激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的( )
A．单色性好 B．高能量
C．可调谐 D．相干性好
答案 B
解析 利用激光的高能量特点，使推进剂急剧膨胀，故B正确。
自然光
偏振光
不同点
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过偏振片后的光或由某种介质反射或折射的光
光的振动方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光波的强度都相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某个特定方向(与偏振片透振方向一致)
相同点
不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直
特点
性质
应用
相干性高
激光具有频率单一、相位差恒定、偏振方向相同的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性
单缝衍射和双缝干涉实验
光纤通信
全息照相
平行度好
激光的平行度非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度
精确的测距；提供目标指引；读取光盘上记录的信息等
亮度高
它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量
用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀”
自然光
偏振光
不同点
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过偏振片后的光或由某种介质反射或折射的光
光的振动方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光波的强度都相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某个特定方向(与偏振片透振方向一致)
相同点
不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直
特点
性质
应用
相干性高
激光具有频率单一、相位差恒定、偏振方向相同的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性
单缝衍射和双缝干涉实验
光纤通信
全息照相
平行度好
激光的平行度非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度
精确的测距；提供目标指引；读取光盘上记录的信息等
亮度高
它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量
用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀”