人教版 (2019)選擇性必修 第一冊(cè)6 光的偏振 激光完美版課件ppt

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立體電影出現(xiàn)于1922年。它能產(chǎn)生三維立體效果,當(dāng)觀眾戴上立體眼鏡觀看時(shí),有身臨其境的感覺,亦稱“3D立體電影”。 你看過立體電影嗎?看立體電影為什么要戴上特制的眼鏡?你能解釋其中的奧秘嗎?
1.偏振現(xiàn)象：不同的橫波，即使傳播方向相同，振動(dòng)方向也可能是不同的。這個(gè)現(xiàn)象稱為“偏振現(xiàn)象”。
2.偏振方向：一列沿水平方向傳播的橫波，既可能沿上下方向振動(dòng)，也可能沿左右方向振動(dòng)，還可能沿其他“斜”的方向振動(dòng)。橫波的振動(dòng)方向稱為“偏振方向”。
3.縱波不發(fā)生偏振現(xiàn)象
一列縱波，以這列縱波的傳播方向?yàn)檩S，無論我們?cè)趺葱D(zhuǎn)第二塊木板，縱波都能通過。也就是說縱波不發(fā)生偏振現(xiàn)象。
問題：光的干涉和衍射說明光具有波動(dòng)性，那么光波是橫波還是縱波呢？
橫波能夠發(fā)生偏振現(xiàn)象而縱波不能發(fā)生偏振現(xiàn)象， 因此我們要判斷一列波是橫波還是縱波，只要看它能否發(fā)生偏振現(xiàn)象就可以啦!
偉大的物理學(xué)家惠更斯最早提出光是縱波，托馬斯·楊認(rèn)為光是一種橫波，但在當(dāng)時(shí)他們都缺乏充足的證據(jù)證明自己的觀點(diǎn)。
1.偏振片：一種由高分子薄膜制成的光學(xué)器件，每個(gè)偏振片都有一個(gè)特定的方向，只有沿著這個(gè)方向振動(dòng)的光波才能通過偏振片，這個(gè)方向叫做“透振方向”。
當(dāng)只有一塊偏振片時(shí)，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片，透射光的強(qiáng)度不變。
當(dāng)兩塊偏振片的透振方向平行時(shí)，透射光的強(qiáng)度最大，但是，比通過一塊偏振片時(shí)要弱。
當(dāng)兩塊偏振片的透振方向垂直時(shí)，透射光的強(qiáng)度最弱，幾乎為零。
怎樣解釋上面的實(shí)驗(yàn)?zāi)?？如果光波是縱波，上面演示的現(xiàn)象是否會(huì)發(fā)生？
2.自然光：實(shí)際上，太陽以及日光燈、發(fā)光二極管等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。這種光是“自然光”（圖 ）。
3.偏振光：自然光在通過偏振片 P 時(shí)，只有振動(dòng)方向與偏振片的透振方向一致的光波才能順利通過。也就是說，通過偏振片 P 的光波，在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)。這種光叫作偏振光（plarized light）。
通過偏振片 P 的偏振光照射到偏振片 Q 時(shí)，如果兩個(gè)偏振片的透振方向平行，那么，通過 P 的偏振光的振動(dòng)方向與偏振片 Q 的透振方向一致，可以透過 Q（圖 乙）；如果兩個(gè)偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振動(dòng)方向跟偏振片 Q 的透振方向垂直，不能透過 Q（圖 丙）。
偏振光并不罕見。除了從太陽、白熾燈等光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時(shí)，反射光和折射光都是偏振光（圖），入射角變化時(shí)偏振的程度也有變化。
自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光入射的方向合適，使反射光與折射光之間的夾角恰好是90°，這時(shí)反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。
用偏光鏡消除了反射偏振光使玻璃門內(nèi)的人物清晰可見
汽車夜間在公路上行駛與對(duì)面的車輛相遇時(shí)，為避免雙方車燈的眩目，司機(jī)都關(guān)閉大燈，只開小燈，放慢車速，以免發(fā)生車禍。如駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平面成45度角，那么，司機(jī)從前窗只能看到自已的車燈發(fā)出的光，而看不到對(duì)面車燈的光，這樣，汽車在夜間行駛時(shí)，既不用熄燈，也不用減速，可以保證安全行車。
立體電影:偏振式3D技術(shù)是利用光線有“振動(dòng)方向”的原理來分解原始圖像的，通過在顯示屏幕上加放偏光板，可以向觀看者輸送兩幅偏振方向不同的畫面，當(dāng)畫面經(jīng)過偏振眼鏡時(shí)，由于偏振式眼鏡的每只鏡片只能接收一個(gè)偏振方向的畫面，這樣一來人的左右眼就會(huì)收到兩組畫面，最后經(jīng)過大腦合成立體影像。
偏光鏡頭 立體電影
平板玻璃、電極、取向膜
液晶顯示器就是利用這一特性，在上下兩片柵欄相互垂直的偏光板之間充滿液晶，利用電場(chǎng)控制液晶的轉(zhuǎn)動(dòng)．不同的電場(chǎng)大小就會(huì)形成不同的灰階亮度．
昆蟲對(duì)偏振光的應(yīng)用:人的眼睛對(duì)光的偏振狀態(tài)是不能分辨的，但某些昆蟲的眼睛對(duì)偏振卻很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支復(fù)眼、兩支復(fù)眼，每個(gè)復(fù)眼包含有6300個(gè)小眼，這些小眼能根據(jù)太陽的偏光確定的方位，然后以太陽為定向標(biāo)來判斷方向，所以蜜蜂可準(zhǔn)確無誤地把它的同類引到它所找到的花叢。
再如在沙漠中，如果不帶羅盤，人是會(huì)迷路的，但是沙漠中有一種螞蟻，它能利用天空中的紫外偏光導(dǎo)航，因而不會(huì)迷路。
1.相干性：激光是一種人工產(chǎn)生的相干光。
相干性應(yīng)用：光纖通訊、激光全息技術(shù)
四、激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用
應(yīng)用：測(cè)距、測(cè)速、信息存儲(chǔ)和閱讀
2.平行度非常好：從地面上發(fā)射的一束極細(xì)的激光束，到達(dá)月球表面時(shí)，也只發(fā)散成直徑lm多的光斑，因此激光在地面上傳播時(shí)，可以看成是不發(fā)散的。
3.亮度高：所謂亮度，是指垂直于光線平面內(nèi)單位面積上的發(fā)光功率，自然光源亮度最高的是太陽，而目前的高功率激光器，亮度可達(dá)太陽的1萬倍。
應(yīng)用：工業(yè)切割、焊接；醫(yī)學(xué)“光刀”；利用強(qiáng)激光產(chǎn)生的高壓引發(fā)核聚變。
激光理療、組織焊接、激光刀切割以及激光美容等等。
全息照相： “全息”的意思為“全部信息”，即相對(duì)于只記錄物體的明暗變化的普通攝影來說，激光全息攝影還能記錄物體的空間變化。(1)與普通照相技術(shù)的比較：普通照相技術(shù)所記錄的只是光波的強(qiáng)弱信息，而全息照相技術(shù)還記錄了光波的相位信息。(2)原理：全息照相的拍攝利用了光的干涉原理，使參考光和物光在底片上相遇，發(fā)生干涉，形成復(fù)雜的干涉條紋。這要求參考光和物光必須具有很高的相干性。(3)觀察全息照片時(shí)要用激光照射照片，從另一側(cè)面觀察。
同一激光束被分成兩束，參考光直接照到底片上，物光也到達(dá)底片。兩者干涉，在底片上形成復(fù)雜的干涉條紋，各點(diǎn)的明暗程度反映了疊加的加強(qiáng)和減弱的情形。
全息照片的拍攝利用了光的干涉原理，它是利用參考光和物光發(fā)生干涉形成的。
拍攝全息照片的基本光路
全息照片的觀看：用激光照射全息照片，在照片的另一側(cè)觀看原物體的立體的像。
不同的橫波，即使傳播方向相同，振動(dòng)方向也可能是不同的。這個(gè)現(xiàn)象稱為“偏振現(xiàn)象”。
光的偏振自然光在通過偏振片 P 時(shí)，只有振動(dòng)方向與偏振片的透振方向一致的光波才能順利通過。也就是說，通過偏振片 P 的光波，在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個(gè)特定的方向振動(dòng)。這種光叫作偏振光（plarized light）。
相干性、平行度非常好、亮度高
【典例1】(多選)關(guān)于光的偏振，下列說法正確的是（　?。〢．自然光通過偏振片后就變成了偏振光B．立體電影就利用了光的偏振現(xiàn)象C．在拍攝日落時(shí)水面、池中的魚等景物時(shí)，可在鏡頭前裝一偏振濾光片，使圖像清晰D．一束自然光在界面上發(fā)生反射與折射，反射光與折射光都是偏振的，且偏振方向都相同
【典例2】物理知識(shí)在生活中有廣泛的應(yīng)用，下列關(guān)于光學(xué)知識(shí)應(yīng)用，描述錯(cuò)誤的是（　?。〢．圖1醫(yī)用內(nèi)窺鏡運(yùn)用了光的全反射原理B．圖2液晶屏顯像利用了光的偏振現(xiàn)象C．圖3照相機(jī)鏡頭表面增透膜運(yùn)用了光的干涉原理D．圖4全息照相運(yùn)用了光的衍射原理
【典例3】如圖所示，讓太陽光（自然光）通過M上的小孔S后照射到M右方的偏振片P上，P的右側(cè)再放一光屏Q，現(xiàn)使P繞著平行于光傳播方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則關(guān)于光屏Q上的亮度變化情況，下列判斷中正確的是（　?。〢．只有當(dāng)偏振片轉(zhuǎn)到某一適當(dāng)位置時(shí)光屏被照亮，其他位置時(shí)光屏上無亮光B．光屏上亮度基本不變C．光屏上亮、暗交替變化出現(xiàn)D．光屏上只有一條亮線隨偏振片的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)
【典例4】如圖所示，下列說法不正確的是（　?。〢．圖甲中，P、Q是偏振片，M是光屏，當(dāng)P固定不動(dòng)，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)Q時(shí)，光屏M上的光亮度將會(huì)變化，此現(xiàn)象表明光波是橫波B．圖乙是雙縫干涉示意圖，若只減小屏到雙縫間距離L，兩相鄰亮條紋間距離將減小C．圖乙中用白光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，中央亮條紋是彩色的，兩側(cè)條紋也是彩色的D．利用紅外線進(jìn)行遙感主要是因?yàn)榧t外線的波長(zhǎng)長(zhǎng)，容易發(fā)生衍射
【典例5】（多選）食品安全檢驗(yàn)中碳水化合物（糖）的含量是一個(gè)重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來測(cè)量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量。偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會(huì)相對(duì)于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將α的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測(cè)樣品的含糖量了。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動(dòng)B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測(cè)樣品P置于A、B之間。以下說法中正確的是（ ）A．到達(dá)O處光的強(qiáng)度會(huì)明顯減弱B．到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會(huì)明顯減弱C．將偏振片B轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于αD．將偏振片A轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α
【典例6】夜晚，汽車前燈發(fā)出的強(qiáng)光將迎面駛來的汽車司機(jī)照得睜不開眼，嚴(yán)重影響行車安全。若考慮將汽車前燈玻璃改用偏振玻璃，使射出的燈光變?yōu)槠窆猓煌瑫r(shí)汽車前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好與對(duì)面燈光的振動(dòng)方向垂直，但還要能看清自己車燈發(fā)出的光所照亮的物體。假設(shè)所有的汽車前窗玻璃和前燈玻璃均按同一要求設(shè)置，如下措施可行的是（　?。〢．前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向是水平的B．前窗玻璃和車燈玻璃的透振方向都是豎直的C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上450，車燈玻璃的透振方向是斜向左上450D．前窗玻璃和車燈玻璃的透振方向都是斜向右上450