4.6光的偏振激光教學(xué)設(shè)計(jì)-高二上學(xué)期物理人教版選擇性

4.6光的偏振激光教學(xué)分析本節(jié)為人教版（2019）選擇性必修一第四章第六節(jié)，主要闡述了光的偏振現(xiàn)象，以及光的偏振在生產(chǎn)、生活、科技等方面的應(yīng)用。偏振現(xiàn)象對(duì)于學(xué)生來說不好理解，所以教材先從繩波會(huì)發(fā)生偏振入手，再通過類比去介紹光的偏振。在教學(xué)中，做好兩個(gè)實(shí)驗(yàn)和“做一做”是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解光的偏振現(xiàn)象的關(guān)鍵，也是本節(jié)教學(xué)的突破口。本節(jié)內(nèi)容有利于開闊學(xué)生的視野，加深對(duì)光的波動(dòng)性，特別是對(duì)光是橫波的理解。教學(xué)課時(shí)2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)(1)通過觀察光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波。(2)知道偏振光和自然光的區(qū)別，能運(yùn)用偏振知識(shí)解釋生活中的一些常見光學(xué)現(xiàn)象。(3)了解激光的特性，能舉例說明激光技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)光的偏振實(shí)驗(yàn)的觀察和分析。教學(xué)難點(diǎn)光振動(dòng)與自然光和偏振光的聯(lián)系。教學(xué)方法通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象使學(xué)生認(rèn)清機(jī)械波中橫波的偏振現(xiàn)象，再通過機(jī)械波與光波的類比，實(shí)現(xiàn)輕松過渡，形成概念明確的規(guī)律，并在應(yīng)用中深化對(duì)知識(shí)的理解。教學(xué)用具柔軟的長繩一根，帶有狹縫的木板兩塊，細(xì)軟的彈簧一根，偏振片兩片，PPT課件。教學(xué)過程新課引入(多媒體輔助)教師：展示課件提出問題：在觀看立體電影時(shí)，觀眾要戴上特制的眼鏡，如果不戴這副眼鏡，銀幕上的圖像就模糊不清了。這是為什么？講授新課(復(fù)習(xí)橫波和縱波的概念)教師：同學(xué)們回憶一下機(jī)械波的內(nèi)容，舉例說說什么是橫波？什么是縱波？學(xué)生：振動(dòng)方向和傳播方向垂直的波叫橫波，抖動(dòng)水平軟繩時(shí)產(chǎn)生的波就是橫波。振動(dòng)方向和傳播方向在一條直線上的波叫縱波，像水平懸掛的彈簧一端振動(dòng)時(shí)形成的沿彈簧傳播的波。教師：對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行肯定，并展示課件。一偏振(多媒體輔助)教師展示課件，介紹偏振現(xiàn)象與偏振方向的概念，同時(shí)要強(qiáng)調(diào)偏振現(xiàn)象是橫波獨(dú)有的現(xiàn)象。偏振現(xiàn)象：不同的橫波，傳播方向相同，振動(dòng)方向不同的現(xiàn)象。例如一列橫波沿水平方向傳播，質(zhì)點(diǎn)在豎直平面內(nèi)可能沿著上下方向振動(dòng)，也可能沿著左右方向振動(dòng)，也可能沿著任何其他方向振動(dòng)。偏振方向：橫波的振動(dòng)方向。演示實(shí)驗(yàn)一：教師演示課本實(shí)驗(yàn)：取一根軟繩，一端固定在墻上，手持另一端上下抖動(dòng)，就在軟繩上形成一列橫波，讓軟繩穿過一塊帶有狹縫的木板；將軟繩換成細(xì)軟的彈簧，前后推動(dòng)彈簧形成縱波。引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察波傳到狹縫時(shí)的情況，看波能否通過狹縫傳到木板的另一側(cè)。現(xiàn)象：當(dāng)狹縫與振動(dòng)方向一致時(shí)，波不受阻礙，能通過狹縫，而當(dāng)狹縫與振動(dòng)方向垂直時(shí)，波被狹縫擋住，不能通過狹縫傳到木板另一端，對(duì)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另一側(cè)。教師補(bǔ)充：在繩上橫波傳播過程中，當(dāng)狹縫既不與振動(dòng)方向平行也不與振動(dòng)方向垂直時(shí)，有部分振動(dòng)能通過狹縫。橫波的這種現(xiàn)象稱為偏振現(xiàn)象，大家看到，縱波不會(huì)發(fā)生偏振現(xiàn)象，根據(jù)是否能發(fā)生偏振，我們可以判斷一個(gè)機(jī)械波是橫波還是縱波。二光的偏振教師：通過前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道光是一種波，那么光是橫波還是縱波？我們?nèi)绾悟?yàn)證？(教師介紹偏振片，可以將偏振片分發(fā)給學(xué)生，也可多媒體輔助展示課件)教師：請大家看這個(gè)薄片我們把它叫做偏振片，它上面有一個(gè)特殊的方向稱為透振方向，只有振動(dòng)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(rèn)真觀察。偏振片對(duì)光波的作用就像實(shí)驗(yàn)一中的狹縫對(duì)于機(jī)械波的作用，我們利用偏振片代替實(shí)驗(yàn)一中帶有狹縫的木板就可以判斷光波是橫波還是縱波。演示實(shí)驗(yàn)二：(教師演示實(shí)驗(yàn)，并引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察隨著偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)屏上光照強(qiáng)度的變化)讓陽光或燈光通過偏振片P，在P的另一側(cè)觀察透射光；以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片P，在P的另一側(cè)觀察透射光的強(qiáng)度變化嗎？現(xiàn)象1：偏振片是透明的，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)P時(shí)，透射光強(qiáng)度不變。教師：同學(xué)們能由此得到什么結(jié)論嗎？學(xué)生：光是縱波。教師：怎么得到這個(gè)結(jié)論的呢？學(xué)生：與前面縱波實(shí)驗(yàn)類比得到的。教師：大家有沒有考慮過假如波是橫波而且沿各個(gè)方向都有振動(dòng)的情況呢？(學(xué)生默然，教師繼續(xù)演示)在偏振片P的后面再放置另一個(gè)偏振片Q，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片Q，觀察通過兩塊偏振片的透射光的強(qiáng)度變化?，F(xiàn)象2：當(dāng)Q的透振方向與P的透振方向一致時(shí)，透射光強(qiáng)度最大；以光傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)時(shí)，透射光強(qiáng)度減弱，當(dāng)Q與P透振方向垂直時(shí)，屏上最暗，光強(qiáng)幾乎為零。教師：現(xiàn)在大家能判斷光是橫波還是縱波了嗎？學(xué)生：能，是橫波。教師：那現(xiàn)象1是怎么回事呢？原來，我們這里用的太陽光源包含了垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且各個(gè)方向振動(dòng)的光波強(qiáng)度都相同，這種光叫自然光。通過偏振片后，這種光就只能沿著一個(gè)特定方向振動(dòng)，這種光叫作偏振光。其實(shí)，除了從太陽、電燈這樣一些從光源直接發(fā)出的光外，通?？吹降慕^大部分光都是偏振光，例如自然光在玻璃、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，入射角變化時(shí)偏振的程度也有變化。三偏振現(xiàn)象的應(yīng)用(多媒體輔助)光的偏振現(xiàn)象的應(yīng)用(1)拍攝；由于水面或玻璃表面的反射光的干擾，常使景像不清楚。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，就可以減弱反射光而使景像清晰。(2)觀看立體電影。在放映時(shí)，每個(gè)放像機(jī)鏡頭上放一個(gè)偏振片，兩個(gè)偏振片的偏振方向相互垂直。觀眾戴上用偏振片做成的眼鏡，左眼偏振片的偏振方向與左面放像機(jī)上的偏振方向相同；右眼偏振片的偏振方向與右面放像機(jī)上的偏振方向相同。這樣，銀幕上的兩個(gè)畫面分別通過兩只眼睛觀察，在人的腦海中就形成立體化的影像了。四激光及其產(chǎn)生4.1物體發(fā)光原理教師要求學(xué)生根據(jù)課前收集的材料，開展課堂交流：自然光是如何產(chǎn)生的，有什么特點(diǎn)？最后借助多媒體給出總結(jié)：①產(chǎn)生：光是從物質(zhì)的原子中發(fā)射出來的，原子獲得能量以后處于不穩(wěn)定狀態(tài)，它會(huì)以光的形式把能量發(fā)射出去。②特點(diǎn)：許多頻率、相位、偏振以及傳播方向各不相同的光的雜亂無章的混合，兩個(gè)獨(dú)立的普通光源發(fā)出的光不會(huì)發(fā)生干涉。4.2激光及其產(chǎn)生教師要求學(xué)生根據(jù)課前收集的材料，開展課堂交流：激光是如何產(chǎn)生的？最后借助多媒體給出總結(jié)：某些物質(zhì)的原子中的粒子受光或電刺激，使低能級(jí)的原子變成高能級(jí)原子，在向低能態(tài)躍遷時(shí)輻射出傳播方向、偏振、相位等性質(zhì)完全相同的光波，這種光叫做激光。4.3激光的發(fā)展史教師要求學(xué)生根據(jù)課前收集的材料，講述激光的發(fā)展史，最后借助多媒體指出激光發(fā)展的重要階段：①1958年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的湯斯和肖洛發(fā)表了關(guān)于激光器的經(jīng)典論文，奠定了激光發(fā)展的基礎(chǔ)。②1960年，美國物理學(xué)家梅曼率先在實(shí)驗(yàn)室中制造出了激光。③1965年，第一臺(tái)可產(chǎn)生大功率激光的器件——二氧化碳激光器誕生。④1967年，第一臺(tái)X射線激光器研制成功。4.4激光器的種類教師要求學(xué)生根據(jù)課前收集的材料，介紹激光器的種類，最后借助多媒體展示常見激光器。五激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用5.1激光的特點(diǎn)教師要求學(xué)生根據(jù)課前收集的材料，開展課堂交流。學(xué)生交流分享：①激光是相干光?？捎脕磉M(jìn)行光的干涉、衍射等實(shí)驗(yàn)(科學(xué)實(shí)驗(yàn))，由于原子的發(fā)光不是無限制持續(xù)的，每一次發(fā)光與下一次發(fā)光總有一個(gè)時(shí)間間隔，只有同一光源在同一發(fā)光時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)出的光，在空間某點(diǎn)相遇時(shí)才會(huì)發(fā)生干涉，所以原子發(fā)光的平均時(shí)間間隔稱為相干時(shí)間，在相干時(shí)間內(nèi)光的行程稱為相干長度，激光的相干長度可達(dá)幾十千米，相干性較好。②激光的另一特點(diǎn)是激光的亮度特高。近年研制出的強(qiáng)激光的亮度要比太陽亮100億倍以上。激光器發(fā)出的激光是集中在沿傳播方向的一個(gè)極小的發(fā)射角內(nèi)，亮度就會(huì)比同功率的光源高幾億倍，在極短時(shí)間內(nèi)會(huì)輻射出巨大的能量，聚集在一點(diǎn)時(shí)可產(chǎn)生幾百萬甚至上千萬度的高溫。③激光還有一個(gè)特點(diǎn)就是激光的單色性好。自然界找不到頻率“純凈”的光，各種頻率的光總是混雜在一起的。但由于激光器中光學(xué)諧振腔的干涉作用，只有那些滿足諧振腔共振條件的頻率才能形成激光輸出，不滿足共振條件的頻率，都在諧振腔內(nèi)干涉相消了，因此激光的頻率單一，單色性非常好，拿氦氖氣體激光器來說，它產(chǎn)生的光波長范圍不到一百億分之一微米，完全可以視為單一而沒有偏差的波長，是極純的單色光。④激光的方向性好。一般的手電筒或探照燈聚光雖然很好，看上去它們射出的光束是筆直的，但在一兩公里后，光線就發(fā)散成很大一片，亮度明顯減弱，而激光射到這個(gè)距離上基本沒有發(fā)散，激光是方向最一致、最集中的光。教師對(duì)學(xué)生的分享進(jìn)行肯定，并借助多媒體總結(jié)出激光的特點(diǎn)：①相干性好(單色性強(qiáng))；②平行度好(方向性好)；③亮度高(光強(qiáng)大)。5.2激光的應(yīng)用教師：前面我們通過閱讀交流討論知道了激光的特點(diǎn)，下面我們再來了解一下激光有哪些應(yīng)用。然后要求學(xué)生根據(jù)課前收集的材料，開展課堂交流。學(xué)生交流分享：①激光具有很高的能量。它是精密機(jī)械加工特別是微電子工業(yè)加工不可缺少的工具，用激光對(duì)金屬打孔、切割、焊接、淬火，激光代替機(jī)械刀具和刻刀直接加工大型和微型元件，具有普通機(jī)械加工不可比擬的特點(diǎn).利用它可以在堅(jiān)硬的材料上打直徑0.1mm到幾微米的小孔。激光鉆孔不受加工材料的硬度和脆性的限制，而且鉆孔速度非?？?，可以幾千分之一秒甚至幾百萬分之一秒內(nèi)鉆出表面十分整齊光潔的小孔，激光快速自動(dòng)成型技術(shù)，可以控制激光束將材料逐層“燒結(jié)”而形成實(shí)體零件或模具、模型。它可快速制成精密復(fù)雜或不規(guī)則圖案的機(jī)械零件。我國已經(jīng)研制成功激光迅速自動(dòng)成型機(jī)，標(biāo)志著我國已經(jīng)掌握了這項(xiàng)新技術(shù)，并迅速進(jìn)入國產(chǎn)化、商品化階段。②激光在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也有廣泛應(yīng)用。用激光照射農(nóng)作物種子，可誘發(fā)遺傳變異，縮短種子發(fā)芽時(shí)間，育出的秧苗生長比較快，長勢好，粗壯且均勻整齊，改善了農(nóng)作物生長性能，提高產(chǎn)量。把激光技術(shù)引入果樹栽培，能改良水果品質(zhì)，提高水果產(chǎn)量。用激光照射牲畜家禽魚類，能促進(jìn)生長發(fā)育等。③激光在臨床醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用相當(dāng)廣泛?！凹す獾丁蹦苡行У鼐植考訜崮萄?，出血少。而且“刀”不與組織接觸，不用消毒，激光刀很鋒利，切割軟組織和硬組織都一樣快捷，還可應(yīng)用激光對(duì)穴位照射，給穴位輸入能量，無痛、滅菌、快速、安全。④激光在信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。在光纖通信中，激光作為信息高速傳輸?shù)妮d體作通信載波。它還是信息高速處理的載體，光學(xué)計(jì)算機(jī)有著普通計(jì)算機(jī)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，這種計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度高，傳輸信息量大，激光應(yīng)用在信息存儲(chǔ)領(lǐng)域，使大容量、高密度信息存儲(chǔ)成為可能，像課本上介紹的DVD實(shí)際上是一種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的磁性媒體，它可以雙層雙面使用，運(yùn)行時(shí)間高達(dá)484min，儲(chǔ)存量是VCD的幾十倍甚至數(shù)十倍，可多達(dá)17GB。⑤目前，激光已成為重要的戰(zhàn)略武器，在國防軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如激光測距、激光雷達(dá)、激光制導(dǎo)、激光模擬等技術(shù)的應(yīng)用。激光武器包括激光致盲武器、激光干擾武器、激光防空武器等，這些武器對(duì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。激光制導(dǎo)炸彈能快速準(zhǔn)確無誤地?fù)糁心繕?biāo)。用激光點(diǎn)燃核燃料是目前各國科學(xué)家競相研究的重大課題，預(yù)計(jì)在2010年左右能夠用激光實(shí)現(xiàn)核聚變，能源危機(jī)問題有望得到根本解決。教師：肯定學(xué)生從機(jī)械加工，農(nóng)業(yè)，醫(yī)學(xué)，信息，軍事等生活領(lǐng)域?qū)す獾膽?yīng)用討論和總結(jié)，然后借助多媒體介紹這些應(yīng)用分別是利用了激光的哪些特點(diǎn)。典題剖析例1(多選)如圖所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向，看不到光亮，則()A．圖中a光為偏振光B．圖中b光為偏振光C．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180°后，在P處將看到光亮D．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90°后，在P處將看到光亮答案：BD解析：自然光沿各個(gè)方向發(fā)散是均勻分布的。通過偏振片后，透射光是只沿著某一特定方向振動(dòng)的光。從電燈直接發(fā)出的光為自然光，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；它通過A偏振片后，即變?yōu)槠窆?，選項(xiàng)B正確；設(shè)通過A的光沿豎直方向振動(dòng)，若B偏振片只能通過沿水平方向振動(dòng)的偏振光，則P點(diǎn)無光亮，將B轉(zhuǎn)過180°后，P處仍無光亮，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若將B轉(zhuǎn)過90°，則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^沿豎直方向振動(dòng)的光的偏振片，則偏振光能通過B，即在P處有光亮。選項(xiàng)D正確。例2激光