第4、5節(jié) 光的偏振 激光與全息照相

第4、5節(jié)光的偏振激光與全息照相一、偏振現(xiàn)象、偏振現(xiàn)象的應(yīng)用1．填一填(1)自然光

太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光波可沿

_________振動(dòng)，光振動(dòng)在平面內(nèi)的分布是大致均勻的。(2)偏振光

自然光通過偏振片后，只有振動(dòng)方向與透振方向

的光波才能完全通過。自然光通過偏振片后，就能獲得偏振光。光的偏振說明光是一種

波。任何方向一致橫(3)起偏器和檢偏器

①用于獲得

的偏振片稱為起偏器，用于檢查通過起偏器的光是不是

________的偏振片叫檢偏器。

②偏振器的偏振化方向：偏振光能

通過的方向。(4)偏振現(xiàn)象的應(yīng)用

①在照相機(jī)鏡頭前裝一

片，并適當(dāng)旋轉(zhuǎn)偏振鏡片，能夠阻擋偏振光，消除或減弱光滑物體表面的反光或亮斑。

②利用偏振光通過受力的塑料或玻璃時(shí)，偏振方向會(huì)發(fā)生變化，這一現(xiàn)象可以檢查

的分布情況以及用于地震預(yù)報(bào)。

③立體電影，液晶顯示器，汽車擋風(fēng)玻璃等。偏振光偏振光完全偏振力2．判一判(1)自然光通過偏振片后，就能獲得偏振光。

()(2)起偏器與檢偏器的透振方向相互平行時(shí)，偏振光完全不能通過。

()(3)光的偏振現(xiàn)象說明了光是一種橫波。

()3．想一想

立體電影能夠產(chǎn)生三維立體效果，使觀眾有身臨其境的感覺，為什么立體電影產(chǎn)生如此神奇的效果？提示：在觀看立體電影時(shí)，觀眾要戴上一副特制的眼鏡，這副眼鏡就是一對(duì)透振方向相互垂直的偏振片?！獭痢潭?、激光及其特性、激光的應(yīng)用、全息照相1．填一填(1)激光的特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)性質(zhì)應(yīng)用相干性激光具有頻率

、相位差

、偏振方向

的特點(diǎn)，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

非常好，傳播很遠(yuǎn)的距離仍能保持一定的強(qiáng)度精確的測(cè)距；讀取光盤上記錄的信息等亮度高它可以在很小的

和很短的

_____內(nèi)集中很大的

_____用激光束切割、焊接，醫(yī)學(xué)上可以用激光做“光刀”，激發(fā)核反應(yīng)等單一恒定相同平行度范圍時(shí)間能量(2)全息照相

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

信息。

②原理：全息照相的拍攝利用了光的

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

______性。

③觀察全息照片時(shí)要用

照射照片，從另一側(cè)面觀察。2．判一判(1)激光一般不能用作相干光源。

()(2)由于激光的平行度非常好，所以激光可以用來精確的測(cè)距。

()(3)全息照相的拍攝應(yīng)用了激光的相干性。

()相位干涉相干激光×√√3．選一選全息照相利用了下列哪些原理

(

)A．小孔成像 B．光的折射C．光的衍射

D．激光是一種相干光解析：激光是一種人工產(chǎn)生的相干光，它的頻率相同，偏振方向一致。全息照相就是利用參考光與物光的干涉，形成復(fù)雜的干涉條紋。因此只有D正確。答案：D

探究(一)

光的偏振現(xiàn)象及其應(yīng)用[問題驅(qū)動(dòng)]某些特定環(huán)境下照相時(shí)，常在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片使影像清晰，這是利用什么原理？提示：在某些特定環(huán)境下，如拍攝池水中的游動(dòng)的魚時(shí)，由于水面反射光的干擾，影像會(huì)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。

[重難釋解]1．自然光與偏振光的對(duì)比

自然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(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿所有方向，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光強(qiáng)度都相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿某一特定方向(與起偏器的透振方向一致)2．偏振光的產(chǎn)生方式(1)自然光在玻璃、水面等表面反射時(shí)，反射光和折射光都是偏振光，入射角變化時(shí)偏振的程度也會(huì)變化。自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，如果光入射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°時(shí)，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。(2)自然光經(jīng)過偏振片(起偏器)后能形成偏振光。偏振光可以用另一個(gè)偏振片(檢偏器)檢驗(yàn)。3．光的偏振的應(yīng)用(1)攝影技術(shù)中的應(yīng)用光的偏振現(xiàn)象有很多應(yīng)用，如在拍攝日落時(shí)水面下的景物、池中的游魚、玻璃櫥窗里陳列物的照片時(shí)，由于水面或玻璃表面的反射光的干擾，常使景象不清楚，如果在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片，讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可使反射來的偏振光不能進(jìn)入照相機(jī)內(nèi)，從而可拍出清晰的照片。故人們把偏振濾光片叫做攝像機(jī)的“門衛(wèi)”。(2)偏振片在汽車擋風(fēng)玻璃上的應(yīng)用偏振片——汽車司機(jī)的福音。在夜間行車時(shí)，迎面開來的車燈眩光常常使司機(jī)看不清路面，容易發(fā)生事故。如果在每輛車燈玻璃上和司機(jī)座椅前面的擋風(fēng)玻璃上安裝一片偏振片，并使它們的透振方向跟水平方向成45°角，就可以解決這一問題。從對(duì)面車燈射來的偏振光，由于振動(dòng)方向跟司機(jī)座椅前擋風(fēng)玻璃偏振片的透振方向垂直，所以不會(huì)射進(jìn)司機(jī)眼里。而從自己的車燈射出去的偏振光，由于振動(dòng)方向跟自己的擋風(fēng)玻璃上的偏振片的透振方向相同，所以司機(jī)仍能看清自己的車燈照亮的路面和物體。

如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q，A點(diǎn)位于P、Q之間，B點(diǎn)位于Q右側(cè)。旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點(diǎn)光的強(qiáng)度變化情況是

(

)A．A、B均不變 B．A、B均有變化C．A不變，B有變化

D．A有變化，B不變[解析]因白熾燈發(fā)出的光為自然光，含各個(gè)方向的偏振光，且各個(gè)方向的偏振光的強(qiáng)度都相同，偏振片P和Q都只允許特定方向的偏振光通過，不管偏振片P旋轉(zhuǎn)到任何位置都有光線通過，而且強(qiáng)度不變，所以A點(diǎn)的光的強(qiáng)度不變，當(dāng)自然光通過偏振片P后變?yōu)槠窆?，再通過偏振片Q，旋轉(zhuǎn)偏振片P，當(dāng)偏振片P和Q允許通過的方向相同，則B點(diǎn)最亮，當(dāng)偏振片P和Q允許通過的方向垂直時(shí)，B點(diǎn)最暗，所以B點(diǎn)光的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，C正確。[答案]

C[素養(yǎng)訓(xùn)練]1. (多選)如圖所示，一玻璃柱體的橫截面為半圓形，讓太陽光或白熾燈光通過小孔S形成細(xì)光束從空氣射向柱體的O點(diǎn)(半圓的圓心)，產(chǎn)生反射光束1和透射光束2，現(xiàn)保持入射光方向不變，將半圓玻璃柱繞通過O點(diǎn)垂直于紙面的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，使反射光束1和透射光束2恰好垂直。在入射光線的方向上加偏振片P，偏振片所在平面與入射光束垂直，其透振方向與紙面平行，這時(shí)看到的現(xiàn)象是

(

)A．反射光束1消失B．透射光束2消失C．反射光束1和透射光束2都消失D．偏振片P以入射光束為軸旋轉(zhuǎn)90°，透射光束2消失解析：自然光射到界面上，當(dāng)反射光束與折射光束垂直時(shí)，反射光束和折射光束的偏振方向相互垂直，且反射光束的偏振方向與紙面垂直，折射光的透振方向與紙面平行，因此當(dāng)在入射光線方向垂直放上透振方向與紙面平行的偏振片P時(shí)，因垂直于紙面方向無光，反射光束1消失，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)90°，因平行于紙面內(nèi)的光消失，則透射光束2消失，選項(xiàng)D正確。答案：AD

2.(多選)如圖，P是一偏振片，P的透振方向(用帶箭頭的實(shí)線表示)為豎直方向。下列四種入射光束中照射P時(shí)能在P的另一側(cè)觀察到透射光的是

(

)A．太陽光

B．沿豎直方向振動(dòng)的光C．沿水平方向振動(dòng)的光

D．沿與豎直方向成45°角振動(dòng)的光解析：光是橫波，振動(dòng)方向與傳播方向垂直，振動(dòng)方向垂直于偏振片的光不能通過偏振片，沿其他方向振動(dòng)的光可以全部或部分通過偏振片，故選項(xiàng)A、B、D正確，C錯(cuò)誤。答案：ABD

3.(多選)在垂直于太陽光的傳播方向前后放置兩個(gè)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(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度不變B．Q不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度時(shí)強(qiáng)時(shí)弱C．P不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度不變D．P不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度時(shí)強(qiáng)時(shí)弱解析：P是起偏器，它的作用是把太陽光(自然光)轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆?，該偏振光的振?dòng)方向與P的透振方向一致，所以當(dāng)Q與P的透振方向平行時(shí)，通過Q的光強(qiáng)最大；當(dāng)Q與P的透振方向垂直時(shí)通過Q的光強(qiáng)最小，即無論旋轉(zhuǎn)P或Q，屏上的光強(qiáng)都是時(shí)強(qiáng)時(shí)弱。答案：BD探究(二)

激光的特性和應(yīng)用[問題驅(qū)動(dòng)]如圖所示是某商品的條形碼，售貨員用條形碼掃描儀對(duì)著條形碼一掃，就可以進(jìn)行結(jié)算。請(qǐng)簡(jiǎn)單說說其中的道理。提示：售貨員用條形碼掃描儀發(fā)出的激光對(duì)著條形碼掃一下，由于黑條、空白條對(duì)激光的反射能力不同，這一商品條形碼所反射的激光就把其信息輸入電腦，商品的名稱、價(jià)格就顯示在收銀機(jī)的屏幕上，售貨員就可依據(jù)顯示價(jià)格進(jìn)行結(jié)算。

[重難釋解]1．激光的特點(diǎn)(1)激光是人工產(chǎn)生的相干光，其單色性好，相干性好。激光的頻率單一，相干性非常好，顏色特別純。用激光做衍射、干涉實(shí)驗(yàn)，效果很好。(2)激光的平行度好。從激光器發(fā)出的激光具有極好的平行性，幾乎是一束方向不變、發(fā)散角很小的平行光。傳播幾千米后，激光斑擴(kuò)展范圍不過幾厘米，而探照燈的光束能擴(kuò)展到幾十米范圍。(3)亮度高。激光可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量。2．全息照相與普通照相的區(qū)別

全息照相普通照相原理不同物理光學(xué)原理幾何光學(xué)原理記錄方法不同記錄的是物光與參考光相干涉的干涉條紋，同時(shí)記錄了物光的振幅和相位透鏡成像在膠片上，只記錄下物光的光強(qiáng)信息成像性質(zhì)不同立體像平面像再現(xiàn)方法不同用激光照射，從另一面觀看直接成像在感光面上，沖洗后即能看到像(多選)下列所述應(yīng)用激光的事例中，說法正確的是

(

)A．激光平行度好可以用于測(cè)距B．激光能量十分集中，醫(yī)療中外科研制的“激光刀”就利用了這個(gè)特點(diǎn)，而且有效地減少了細(xì)菌的感染C．激光的亮度高，可以用于室內(nèi)照明D．激光的相干性好，可用于全息照相[解析]

激光平行度好，即使傳播了很遠(yuǎn)的距離之后，它仍保持一定的強(qiáng)度，此特點(diǎn)可用于激光測(cè)距，故選項(xiàng)A正確；激光的亮度高，能量十分集中，可應(yīng)用于金屬的加工、激光醫(yī)療、激光美容、激光武器等，故選項(xiàng)B正確；激光具有很好的相干性，可應(yīng)用于全息照相，由于它記錄了光的相位信息，所以看起來跟真的一樣，立體感較強(qiáng)，故選項(xiàng)D正確；激光亮度高，但是單色的，因此不能用于室內(nèi)照明，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。[答案]

ABD[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(多選)將激光束的寬度聚焦到納米級(jí)(10－9m)范圍內(nèi)，可修復(fù)人體已損壞的器官，可對(duì)DNA分子進(jìn)行超微型基因修復(fù)，把至今尚令人無奈的癌癥、遺傳疾病徹底根除，以上功能是利用了激光的

(

)A．單色性好 B．平行度好C．粒子性

D．高能量解析：激光的平行度好，故可聚焦到很小的范圍；激光的亮度高、能量大，故可修復(fù)器官。答案：BD2．激光火箭的體積小，卻可以裝載更大、更重的衛(wèi)星或飛船。激光由地面激光站或空間激光動(dòng)力衛(wèi)星提供，通過一套裝置，像手電筒一樣，讓激光束射入火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，使推進(jìn)劑受熱而急劇膨脹，于是形成一股高溫高壓的燃?xì)饬鳎詷O高的速度噴出，產(chǎn)生巨大的推力，把衛(wèi)星或飛船送入太空。激光火箭利用了激光的

(

)A．單色性好 B．平行度好C．高能量

D．相干性好解析：利用激光的高能量特點(diǎn)，使推進(jìn)劑急劇膨脹，噴出類似于現(xiàn)代火箭的燃料燃燒后產(chǎn)生的燃?xì)饬?。答案：C一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維1．(選自人教版新教材課后練習(xí))市場(chǎng)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而用偏振片？安裝鏡片時(shí)它的透振方向應(yīng)該沿什么方向？利用偏振眼鏡可以做哪些實(shí)驗(yàn)，做哪些檢測(cè)？

提示：太陽鏡使用偏振片可以消除湖面上、柏油馬路上等遇到的耀眼的炫光。

這些炫光一般是從水平方向反射來的偏振光，故鏡面的透振方向應(yīng)該沿豎直方向。

利用偏振眼鏡可以作為起偏器獲得偏振光，也可作為檢偏器用來檢測(cè)偏振光。2．激光可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)聚集很大的能量。例如一臺(tái)紅寶石巨脈沖激光器，激光束的發(fā)散角只有10－3rad，在垂直于激光束的平面上，平均每平方厘米面積的功率達(dá)到109W。激光的這一特性有哪些應(yīng)用價(jià)值？請(qǐng)你舉例說明。提示：可以應(yīng)用到激光焊接、激光切割、激光治療、激光打孔等方面。二、注重學(xué)以致用和思維建模1.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(如圖)。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?；同時(shí)汽車前窗玻