選擇性必修 第一冊第4節(jié) 光的偏振學案

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第4節(jié)　光的偏振第5節(jié)　激光與全息照相[核心素養(yǎng)·明目標]核心素養(yǎng)學習目標物理觀念知道光的偏振現象和激光的特點．科學思維能區(qū)分偏振光和自然光，理解激光的特點及應用．科學探究能夠與他人合作，探究激光的特點．科學態(tài)度與責任感受偏振光和激光在日常生活中的應用， 激發(fā)學習科學的熱情．知識點一　光的偏振1．偏振現象(1)偏振：橫波只沿著某一個特定的方向振動的現象．(2)偏振片和透振方向偏振片是只讓某一方向振動的光通過的一種光學元件．通常把這個透光方向稱為偏振片的透振方向．(3)光的偏振現象說明，光是一種橫波．(4)自然光在垂直于傳播方向的平面內，光波可沿任何方向振動，光振動在平面內的分布是大致均勻的，這樣的光稱為自然光．(5)偏振光讓自然光通過偏振片，就能獲得偏振光．(6)起偏器和檢偏器用于獲得偏振光的偏振片叫起偏器，用于檢查通過起偏器的光是不是偏振光的偏振片叫檢偏器．2．偏振現象在生產生活中的應用偏振現象的主要應用有偏振鏡、立體電影、地震預報等．　只有橫波才存在偏振現象，縱波不存在偏振現象．1：思考辨析(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)自然光是偏振光． (×)(2)光的偏振現象說明光是橫波． (√)(3)自然光通過偏振片可以獲得偏振光． (√)2：填空立體電影應用了光的偏振現象．知識點二　激光與全息照相1．激光及其特性(1)激光器產生激光的裝置．(2)激光及特性激光是原子受激輻射產生的光，激光光束中所有光子的頻率一致、相位一致、偏振方向一致、傳播方向一致，所以激光具有單色性好、相干性好、方向性強、亮度高等特點．2．激光的應用(1)激光音樂噴泉(2)激光掃描條形碼(3)激光測量(4)激光治療3．全息照相全息照相是應用光的干涉實現的．作為光源的激光被分成兩部分：一部分通過凹透鏡發(fā)散后射至膠片上；另一部分射向一個平面鏡，經反射后通過另一個凹透鏡發(fā)散后射向被拍攝的物體．該物體把光反射到膠片上，并與第一束光發(fā)生干涉，兩束光干涉的結果就在膠片上記錄下被拍攝物體的三維圖像信息，這就是全息照片．　自然界中是否存在激光？提示：自然界中不存在激光．3：思考辨析(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)激光是人工產生的相干光，其單色性好、相干性好． (√)(2)探照燈的光束就是激光． (×)(3)全息照相是利用激光單色性好的特點，發(fā)生干涉． (√) 考點1　激光激光作為一種人造光源在科研、通訊、工業(yè)生產、軍事科技等領域都有著廣泛應用，如激光干涉儀、激光切割機、激光炮等．激光的應用如此廣泛，激光到底具有哪些特性？激光干涉儀　激光切割機　　激光炮提示：激光具有單色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特點．激光的特性及應用特點(與普通光相比)特點內容應用單色性好相干性好頻率單一，相位差恒定，易發(fā)生干涉現象，可像無線電波一樣調制激光全息照相、光纖通信、光的干涉方向性好激光的方向性非常好，是一束幾乎不發(fā)散的平行光，可以會聚到很小的點上測距和跟蹤目標、CD唱片、計算機光盤亮度高激光能在很小的空間、很短的時間內集中很大的能量“光刀”、激發(fā)核反應【典例1】　關于激光的應用，下列說法正確的是(　　)A．全息照片拍攝是利用了激光的全反射原理B．利用激光是相干光，可以用在雷達上進行精確的測距C．由于激光平行度好，它能像無線電波那樣被調制，用來傳遞信息D．利用激光亮度高，可以用在醫(yī)學上做光刀切除腫瘤，或“焊接”剝落的視網膜D　[全息照片拍攝是利用了激光的頻率單一，相干性好，能夠產生明顯的干涉，故A錯誤；利用激光平行度好，可以用在雷達上進行精確的測距，故B錯誤；利用激光相干性好，它能像無線電波那樣被調制，用來傳遞信息，故C錯誤；利用激光光強度大、能量集中，可以用在醫(yī)學上做光刀切除腫瘤，或“焊接”剝落的視網膜，故D正確．][跟進訓練]1．激光可以用來進行精確的測距，激光測距雷達就是一種可以用來測距的裝置，它是利用了激光的什么特點(　　)A．激光具有高度的相干性B．激光的平行度非常好C．激光的亮度高 D．激光的單色性好B　[“激光測距雷達”利用激光測量很遠距離的目標是因為激光平行度好，方向性好．故B正確．] 考點2　光的偏振如圖所示是立體電影中的圖片．為什么立體電影會產生如此神奇的效果？提示：在觀看立體電影時，觀眾要戴上一副特制的眼鏡，這副眼鏡就是一對透振方向相互垂直的偏振片．1．偏振現象對于橫波通過狹縫的情況，只有狹縫的方向與橫波質點的振動方向相同時，橫波才能無阻礙地通過狹縫，而當狹縫的方向與橫波質點的振動方向垂直時，橫波不能通過狹縫，說明偏振是橫波特有的現象．2．自然光與偏振光的區(qū)別 自然光(非偏振光)偏振光光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內，光振動沿所有方向，且沿各個方向振動的光強度都相同在垂直于光的傳播方向的平面內，光振動沿某一特定方向(與起偏器透振方向一致)【典例2】　(多選)在垂直于太陽光的傳播方向前后放置兩個偏振片P和Q，在Q的后邊放上光屏，如圖所示，則下列說法正確的是(　　)A．Q不動，旋轉偏振片P，屏上光的亮度不變B．Q不動，旋轉偏振片P，屏上光的亮度時強時弱C．P不動，旋轉偏振片Q，屏上光的亮度不變D．P不動，旋轉偏振片Q，屏上光的亮度時強時弱[思路點撥]　該題可按如下思路分析：太陽光是自然光振動方向與偏振片的透振方向相同的光透過兩平行偏振片的透振方向平行時透光最多，垂直時不透光．BD　[P是起偏器，它的作用是把太陽光(自然光)轉變?yōu)槠窆猓撈窆獾恼駝臃较蚺cP的透振方向一致，所以當Q與P的透振方向平行時，通過Q的光強最大；當Q與P的透振方向垂直時通過Q的光強最小，即無論旋轉P或Q，屏上的光強都是時強時弱．]關于“偏振”的幾個注意事項(1)偏振片是由特定的材料制成的，每個偏振片都有一個特定的方向，這個方向叫作“透振方向”，只有沿透振方向振動的光才能通過偏振片．(2)偏振片上的“狹縫”表示透振方向，而不是真實狹縫．(3)光的偏振現象說明光是一種橫波．(4)自然光透過偏振片可以變成偏振光．(5)當偏振片的偏振方向與光的偏振方向夾角不同時，透過偏振片的光的強度不同．[跟進訓練]2．關于自然光和偏振光，下列觀點正確的是(　　)A．自然光能產生干涉和衍射現象，而偏振光卻不能B．只有自然光透過偏振片才能獲得偏振光C．自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光D．自然光和偏振光都能使感光底片感光D　[振動沿各個方向均勻分布的光是自然光，而振動沿著特定方向的光是偏振光，但自然光和偏振光都能發(fā)生干涉、衍射，所以A錯；光的偏振現象并不罕見，除了從光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光，都是偏振光，所以B錯；光的顏色由光的頻率決定，與光的振動方向無關，所以C錯；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，D對．]1．(多選)關于自然光和偏振光，以下說法正確的是(　　)A．自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，但是沿各個方向振動的光波的強度可以不同B．偏振光是垂直于傳播方向上，只沿著某一特定方向振動的光C．自然光透過一個偏振片后就成為偏振光，偏振光經過一個偏振片后又還原為自然光D．太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光BD　[自然光沿各振動方向的光波的強度相同，A錯誤；偏振光在垂直于傳播方向上，只沿某一特定方向振動，B正確；自然光透過偏振片后成為偏振光，偏振光透過偏振片后不能還原為自然光，C錯誤；太陽、電燈等普通光源發(fā)出的是自然光，D正確．]2．在拍攝日落時水面下的景物時，應在照相機鏡頭前裝一個偏振片，其目的是(　　)A．減弱反射光，從而使景物的像清晰B．增強反射光，從而使景物的像清晰C．增強透射光，從而使景物的像清晰D．減弱透射光，從而使景物的像清晰A　[由于反射光的干擾，景物的像常常比較模糊，裝上偏振片的目的是減弱反射光，且透振方向與反射光的振動方向垂直，但不能增強透射光．]3．2016年，科學家利用激光干涉方法探測到由于引力波引起的干涉條紋的變化，這是引力波存在的直接證據．關于激光，下列說法中正確的是(　　)A．激光是自然界中某種物質直接發(fā)光產生的，不是偏振光B．激光相干性好，任何兩束激光都能發(fā)生干涉C．用激光照射不透明擋板上小圓孔時，光屏上能觀測到等間距的光環(huán)D．激光全息照片是利用光的干涉記錄下物體三維圖像的信息D　[激光是人造光，也是偏振光，故A錯誤；激光相干性好，只有頻率相同的兩束激光才會發(fā)生干涉，故B錯誤；用激光照射不透明擋板上小圓孔時，光屏上能觀測到衍射條紋，間距不等，故C錯誤；激光全息照片是利用光的干涉記錄下物體三維圖像的信息，故D正確．]4．(新情境題，以“照相機、太陽鏡”為背景，考查光的偏振現象)如圖所示，在柏油馬路和湖面上常常遇到耀眼的炫光，它使人的視覺疲勞．這些天然的炫光往往是光滑表面反射而來的鏡式反射光和從表面反射的漫反射光重疊的結果，漫反射光是非偏振光，而鏡式反射光一般是部分偏振光．由于它們是從水平面上反射的，光線的入射面是垂直的，所以反射光含有大量振動在水平方向的偏振光．要想消除這種炫光，只要將光線中的水平振動成分減弱些就可以了．同理，要想消除從豎直面反射來的炫光，如玻璃窗反射來的炫光，所用偏振軸應取水平方向．問題：(1)某些特定環(huán)境下照相時，常在照相機鏡頭前裝一片偏振濾光片使影像清晰，這是利用什么原理？(2)市場上有一種太陽鏡，它的鏡片是偏振片，為什么不用普通的帶色玻璃片而用偏振片？安裝鏡片時它的透振方向應該沿什么方向？[解析]　(1)在某些特定環(huán)境下，如拍攝池水中的游動的魚時，由于水面反射光的干擾，影像會不清楚，在鏡頭前裝一片偏振片，清除反射光(反射光為偏振光)，影像就變得清晰．這是利用了光的偏振．(2)這種太陽鏡是為了消除柏油馬路和湖面上反射的耀眼的炫光，因此應用偏振片而不是帶色的普通玻璃片．該反射光為水平方向的偏振光，故應使鏡片的透振方向豎直．[答案]　見解析回歸本節(jié)知識，自我完成以下問題：1．什么是偏振現象？提示：如果橫波只沿著某一個特定的方向振動，叫做波的偏振，只有橫波才有這個特性．2．激光有什么特性？提示：單色性好、方向性強、亮度高等．3．讓自然光通過一塊偏振片，能否獲得偏振光？提示：能．立體電影和偏振光你看到立體電影嗎？你知道它的道理嗎？它就是應用光的偏振現象的一個例子．在觀看立體電影時，觀念要戴上特制的眼鏡，這副眼鏡就是一對透振方向互相垂直的偏振片．如果不戴這副環(huán)境，銀幕上的圖像就模糊不清了．這是為什么？兩眼看到的情景稍有差別，大腦分析后就產生了立體感。這要從人眼看物的立體感說起．人的兩只眼睛同時觀察物體，不但能擴大視野，而且能判斷物體的遠近，產生立體感．這是由于人的兩只眼睛同時觀察一個物體時，兩眼看到的兩個像并不完全相同，左眼看到物體的左側面較多，右眼看到物體的右側面較多，這兩個像經過大腦綜合以后就能區(qū)分物體的前后、遠近，從而產生立體感．拍攝立體電影時，可以用兩個鏡頭如人眼那樣從兩個不同方向同步拍攝景物的像，制成電影膠片．放映時通過兩臺放映機，同步放映兩組膠片，使略有差別的兩幅圖像重疊在銀幕上．這時如果用眼睛直接觀看，看到的畫面好像是電視天線不好時出現的“重影”．實際上，每架放映機前還要安裝一片偏振片，兩架放映機射出的光，通過偏振片后成了偏振光．左右兩架放映機前的偏振片的透振方向互相垂直，因而產生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直．這兩束偏振光投射到銀幕上再反射到觀眾那里，偏振方向不變．觀眾用上述的偏振眼鏡觀看，每只眼睛只看到相應的偏振光圖像，即左眼只看到左機映出的畫面，右眼只看到右機映出的畫面，這樣就會像直接觀看物體那樣產生立體感．實際拍攝立體電影時只用一臺攝像機，讓它通過兩個窗口(相當于人的雙眼)交替拍攝，兩套圖像交替地印在同一條電影膠片上．放映時也是只用一臺放映機，把兩套圖像交替地映在銀幕上．為了實現這些功能還需要一套復雜的裝置，但原理就是上面所說的那樣．