第四章 光光的偏振 激光教學設計學習目標一、知識與技能1、知道振動中的偏振現(xiàn)象，知道只有橫波才有偏振現(xiàn)象。2、知道偏振光與自然光的區(qū)別，知道光的偏振說明光是橫波。3、了解激光的特點；了解激光的應用。二、過程與方法1、通過課外活動觀察光的偏振現(xiàn)象，培養(yǎng)學生聯(lián)系實際學習物理的觀念和習慣。 2、通過機械波的偏振實驗和光的偏振實驗，掌握類比研究物理問題的方法。三、情感態(tài)度與價值觀通過對激光的應用的學習，使學生感受到科學知識的無窮力量，培養(yǎng)熱愛科學的品質。重點難點1、光的偏振實驗的觀察和分析。（重點）2、激光與自然光的區(qū)別以及激光的特點和應用。（重點）3、光的振動與自然光和偏振光的聯(lián)系。（難點）4、激光與自然光的區(qū)別。（難點）教學準備課件教學過程一、導入新課：【教師引入課程】回憶上一章橫波和縱波的概念，舉例說一說什么橫波？什么是縱波？振動方向與傳播方向垂直的波叫作橫波，抖動水平軟繩時產(chǎn)生的波就是橫波。振動方向與傳播方向一致的波叫作縱波，水平懸掛的彈簧一端振動時形成的沿彈簧傳播的波就是縱波。二、講授新課： 1、偏振【教師引導】通過前幾節(jié)課的學習，我們已經(jīng)知道光具有波動性。那么，光波究竟是橫波還是縱波呢？我們先通過一個實驗來看看怎么判斷一種波是橫波還是縱波。【演示實驗】演示實驗，觀察現(xiàn)象 觀察甲、乙、丙三圖及其中的實驗裝置，教師進行演示，并引導要求學生仔細觀察波傳到狹縫時的情況，觀察波能否通過狹縫傳到木板的另一側。抖動水平軟繩，產(chǎn)生橫波，穿過豎直木板狹縫，改變狹縫方向，觀察現(xiàn)象；彈簧一端振動形成的沿彈簧傳播的縱波，穿過方向不同的兩個木板狹縫，觀察現(xiàn)象。【教師提問】根據(jù)上述實驗現(xiàn)象，同學們能否自行描述實驗現(xiàn)象？【學生活動】對于繩子上形成的橫波，當狹縫與振動方向一致時，波不受阻礙，能通過狹縫，傳播到木板的另一側；而當狹縫與振動方向垂直時，波被狹縫擋住，不能通過狹縫傳到木板另一側。對于彈簧上形成的縱波，無論狹縫怎樣放置，彈簧上疏密相間的波均能順利通過狹縫傳播到木板的另一側。【教師引導】在繩子上的橫波傳播的過程中，當狹縫既不與振動方向平行，也不與振動方向垂直時，有部分振動能通過狹縫傳播到木板的另一側。橫波的這種現(xiàn)象稱為偏振現(xiàn)象。【教師補充】大家可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，縱波不會發(fā)生偏振現(xiàn)象，所以，根據(jù)是否能發(fā)生偏振現(xiàn)象，我們可以判斷一個機械波是橫波還是縱波。2、光的偏振【教師演示】如圖甲，讓陽光或燈光通過偏振片P，在P的另一側觀察，可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些。以光的傳播方向為軸旋轉偏振片，透射光的強度變化嗎？在偏振片P的后面再放另一個偏振片Q（圖乙），以光的傳播方向為軸旋轉偏片Q（圖丙），觀察通過兩塊偏振片的透射光的強度變化。我們稱偏振片P為起偏器，偏振片Q為檢偏器。【教師引導】請大家觀察一下這個薄片，它在我們這個演示實驗中的作用與前面帶有狹縫的木板類似，它上面有一個特殊的方向稱為透振方向，只有振動方向與透振方向平行的光波才能透過偏振片。下面請大家認真觀察實驗現(xiàn)象。【教師提問】用一個起偏器觀察自然光，偏振片是透明的，以光的傳播方向為軸旋轉P時，透射光的強度不變。同學們能通過這個現(xiàn)象得到什么結論嗎？【學生回答】光可能是縱波。與前面的縱波實驗類比得到。【教師提示】假如波是橫波且沿各個方向都有振動，那么光可能是橫波。【演示實驗】加上檢偏器Q，當Q的透振方向與P的透振方向一致時，透射光的強度最大。以光的傳播方向為軸旋轉Q時，透射光的強度減弱。當Q與P透振方向垂直時，屏上最暗，光強幾乎為0。【教師提問】根據(jù)觀察到的實驗現(xiàn)象，現(xiàn)在大家能判斷光是橫波還是縱波了嗎？【學生回答】光是橫波。【教師補充】由于我們這里用了太陽光作為光源，而太陽光包含了在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同，這種光叫自然光。通過起偏器后，這種光就成了偏振光，它只能沿某一特定方向振動。【教師引導】光振動沿各個方向是均勻分布的，經(jīng)過起偏器后光振動就只能沿透振方向而成為偏振光，這就是偏振光的來源。【教師補充】自然光在玻璃、水面、木質桌面等表面反射時，反射光和折射光都是偏振光。平時我們所看到的絕大部分光，除直接從太陽、電燈等光源發(fā)出的光以外都是不同程度的偏振光(部分偏振光)。而通過偏振片的光只在一個方向振動，是完全偏振光。3、偏振現(xiàn)象的應用【教師引導】這節(jié)課我們學到了光的偏振現(xiàn)象，到這個現(xiàn)象在生活中有什么應用呢？【教師補充】（1）經(jīng)玻璃等光滑表面反射的光多為偏振光，當偏振光的振動方向與偏振片透振方向相同，透射光強度最大，當偏振光的振動方向與偏振片透振方向垂直時，透射光強度最小。（2）為了避免反射光對攝影、行車帶來影響，利用光的偏振原理，在攝像機及車前窗玻璃處安裝偏振片，使偏振片的透振方向與反射光的振動方向垂直，減小反射光的透過。4、激光的特點及其應用【教師引導】了解自然光和激光類別自然光激光特點不同點原子發(fā)光方向、產(chǎn)生時刻都不確定；頻率不一樣；不能發(fā)生干涉，是非相干光頻率一樣；能發(fā)生干涉，是人工相干光相同點都是原子受激發(fā)處于不穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)射出來的通過表格中的比較，同學們可以看到，激光的一個重要特點就是它是一種人工相干光。激光還有許多與自然光不同的特點。【教師補充】根據(jù)書上提供的激光的資料，我們可以總結一下激光的特點及應用特點性質應用相干性激光具有頻率單一、相位差恒定、偏振方向相同的特點，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性光纖通信平行度激光的平行度非常好，傳播很遠的距離仍能保持一定的強度精確的測距；讀取光盤上記錄的信息等高亮度它可以在很小的范圍和很短的時間內集中很大的能量用激光束切割、焊接；醫(yī)學上可以用激光做“光刀”；激發(fā)核反應等【教師總結】本節(jié)課我們通過演示實驗，認識了機械波中橫波的偏振現(xiàn)象；通過類比實驗，認識了光的偏振現(xiàn)象及自然光與偏振光；通過實例，了解了光的偏振現(xiàn)象的應用；通過閱讀書上材料，了解了激光和自然光的區(qū)別，認識了激光的特點，了解了激光的應用；通過課堂交流，加深了對激光特點的了解，拓展了對激光應用的認識。課堂練習1、如圖所示,人眼隔著偏振片B、A去看一只電燈泡S,一束透射光都看不到,那么,以下說法中哪些是正確的(   )A.使A和B同時轉過90°,能夠看到透射光 B.單使B轉過90°過程中,看到光先變亮再變暗
C.單使B轉過90°過程中,看到光逐漸變亮 D.單使A轉動時,始終看不到透射光答案：C2、如圖所示,讓太陽光或白熾燈發(fā)出的光通過偏振片P和Q,以光的傳播方向為軸旋轉偏振片P和Q,可以看到透射光的強度會發(fā)生變化,這個實驗說明(   )A.光是電磁波           B.光是一種橫波
C.光是一種縱波          D.光是概率波答案：B3、全息照相在拍攝過程中,應用了激光的(   )A.干涉 B.衍射 C.偏振 D.直線傳播答案：A4、如圖所示,一束自然光通過起偏器照射到光屏上,則圖中光屏上發(fā)亮的有(起偏器上用箭頭表示其透射方向)(   )
A. B.C. D.答案：ABD5、下面關于光的偏振現(xiàn)象的應用正確的是（   ）A.自然光通過起偏器后成為偏振光，利用檢偏器可以檢驗出偏振光的振動方向B.立體電影利用了光的偏振現(xiàn)象C.茶色眼鏡利用了光的偏振現(xiàn)象D.拍攝日落時水面下的景物時，在照相機鏡頭前裝一個偏振片可減弱水面反射光的影響答案：ABD6、關于激光的應用，下列說法正確的是(   )A.光纖通信是應用激光平行度非常好的特點對信號來進行調制，使其在光導纖維中進行傳遞信息B.計算機內的“磁頭”讀出光盤上記錄的信息是應用了激光平行度好的特點C.醫(yī)學上用激光做“光刀”來切除腫瘤是應用了激光亮度高的特點D.“激光測距雷達”利用激光測量很遠距離的目標是應用了激光亮度高的特點答案：BC 板書設計4. 3 光的干涉一、偏振1、橫波與縱波的特點：在橫波中，各點的振動方向總與波的傳播方向垂直。在縱波中，各點的振動方向總與波的傳播方向在同一直線上。2、橫波的振動方向稱為偏振方向。二、光的偏振1、偏振片的特定方向稱為透振方向。2、自然光和偏振光（1）自然光：太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，沿著各個方向振動的光波的強度都相同。（2）偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定的方向振動的光。三、激光的特點和應用1、相干性與應用（1）相干性：只有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光才是相干光，激光是一種人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性。（2）應用：用來傳播信息。光纖通信就是激光和光導纖維相結合的產(chǎn)物，電磁波的頻率越高，它所攜帶的信息量越大，所以激光可以比無線電波攜帶更多的信息。2、平行度及應用（1）平行度：激光的平行度非常好，所以它在傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度。（2）應用：進行精確的測距。多用途的激光雷達不僅可以測量距離，而且能根據(jù)多普勒效應測出目標的運動速度。3、亮度及應用（1）亮度高，它可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量。（2）可用激光束來切割、焊接以及在很硬的材料上打孔，醫(yī)學上可以用激光做 “光刀”來切開皮膚、切除腫瘤，還可以用激光“焊接”剝落的視網(wǎng)膜。教學后記引導學生對本節(jié)多學知識進行自主交流探究，根據(jù)學生表述，查漏補缺，并有針對性地進行講解補充。 

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6 光的偏振 激光

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修 第一冊

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