4.6光的偏振激光

4.6光的偏振激光0101學(xué)習(xí)目標(biāo)物理素養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.物理觀念：①了解光的偏振現(xiàn)象，知道激光的特性。②知道自然光和偏振光的區(qū)別。2.科學(xué)思維：借助實例分析推理知道光是橫波。3.科學(xué)探究：經(jīng)歷光的偏振實驗的過程，體會偏振光的特性。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過生活中實例觀察，引導(dǎo)學(xué)生體會物理之美，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。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。重點關(guān)注：①偏振、偏振片、透振方向②偏振光、自然光③激光002思維導(dǎo)圖003知識梳理（一）課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識一、光的偏振1．偏振現(xiàn)象：不同的橫波，即使傳播方向相同，振動方向也可能不同，這種現(xiàn)象稱為“偏振現(xiàn)象”，橫波的振動方向稱為“偏振方向”。2．光的偏振(1)偏振片：由特定的材料制成，每個偏振片都有一個特定的方向，沿著這個方向振動的光波能順利通過偏振片，這個方向叫作“透振方向”。(2)自然光和偏振光①自然光：太陽、日光燈等普通光源發(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，而且沿各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同。這種光是“自然光”。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，這種光叫作偏振光。(3)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。二、偏振現(xiàn)象的應(yīng)用1．?dāng)z影技術(shù)中的應(yīng)用：攝影師在拍攝池中的游魚、玻璃櫥窗里的陳列物時，由于水面和玻璃表面的反射光的干擾，景象會不清楚。如果在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片，轉(zhuǎn)動濾光片，讓它的透振方向與水面和玻璃表面的反射光的偏振方向垂直，就可以減弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰。2．偏振片在汽車擋風(fēng)玻璃上的應(yīng)用：汽車夜間行駛與對面的車輛相遇時，如遇遠(yuǎn)光燈引發(fā)炫目，極易引起車禍。如果駕駛室的擋風(fēng)玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振方向都沿同一方向并與水平面成45°角，可避免遠(yuǎn)光燈引發(fā)炫目，保證行車安全。3．立體電影：在每架放映機(jī)前裝有一塊偏振片，其透振方向互相垂直。觀眾所戴的偏振眼鏡的兩只鏡片透振方向互相垂直，且左眼鏡片與左放映機(jī)前偏振片的透振方向一致，右眼鏡片與右邊放映機(jī)前偏振片的透振方向一致。這樣，左眼只能看到左邊放映機(jī)放映出的畫面，右眼只能看到右邊放映機(jī)放映出的畫面，兩眼看到的畫面略有差別，因而產(chǎn)生立體感。三、激光1．激光的產(chǎn)生：激光是一種頻率相同、相位差恒定、振動方向一致的人造(選填“人造”或“自然”)光波，具有高度的相干性。2．激光的特點及應(yīng)用特點性質(zhì)應(yīng)用相干性高激光具有頻率單一、相位差恒定、偏振方向相同的特點，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性單縫衍射和雙縫干涉實驗光纖通信全息照相平行度好激光的平行度非常好，傳播很遠(yuǎn)的距離后仍能保持一定的強(qiáng)度精確的測距；提供目標(biāo)指引；讀取光盤上記錄的信息等亮度高它可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量用激光束切割、焊接；醫(yī)學(xué)上可以用激光做“光刀”（二）辨析1.自然光和偏振光的主要區(qū)別是什么?【答案】在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，自然光沿一切方向振動,偏振光沿某一特定方向振動。2.自然光經(jīng)水面反射的光一定是偏振光嗎?【答案】自然光經(jīng)水面反射和折射的光都是偏振光。3.利用激光測量地球到月球的距離,應(yīng)用了激光哪方面的特點?【答案】應(yīng)用了激光的平行度好的特點4.什么是激光的“純凈”性?這一性質(zhì)有何作用?【答案】(1)應(yīng)用了激光平行度好的特點。(2)“純凈”性是指頻率、相位、偏振以及傳播方向等性質(zhì)完全相同。利用這個特點,雙縫干涉實驗和衍射實驗用激光比用自然光更容易完成?？梢杂脕韨鬟f信息。004題型精講【題型一】光的偏振【點撥】【點撥】1.自然光與偏振光的比較自然光偏振光不同點光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過偏振片后的光或由某種介質(zhì)反射或折射的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿所有方向，且沿各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿某個特定方向(與偏振片透振方向一致)相同點不管是自然光還是偏振光，傳播方向與振動方向一定垂直2.自然光與偏振光的比較（1）偏振光的形成①讓自然光通過偏振片形成偏振光．②讓自然光在兩種介質(zhì)界面發(fā)生反射和折射，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光．（2）偏振光的應(yīng)用：加偏振濾光片的照相機(jī)鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等．（3）光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波．【典型例題1】（2024·北京東城·一模）圖甲、圖乙分別為研究光現(xiàn)象的兩個實驗，下列說法正確的是（）A．圖甲正中央的亮點是由于光通過小孔沿直線傳播形成的B．圖甲所示現(xiàn)象是光線通過一個不透光的圓盤得到的衍射圖樣，它與光通過圓孔得到的衍射圖樣是一樣的C．圖乙中的P、Q是偏振片，P固定不動，緩慢轉(zhuǎn)動Q，只有如圖中所示P、Q的“透振方向”相平行的位置時光屏才是亮的D．圖乙所示現(xiàn)象可以表明光波是橫波【答案】D【詳解】A．圖甲正中央的亮點是由于光通過小圓板發(fā)生光的衍射得到的，故A錯誤；B．圓孔衍射，光的衍射現(xiàn)象的一種。光波通過細(xì)小圓孔后產(chǎn)生的衍射，屏上中央亮區(qū)多，暗區(qū)少，與光線通過一個不透光的圓盤得到的衍射圖樣不一樣。故B錯誤；C．圖乙中的P、Q是偏振片，P固定不動，緩慢轉(zhuǎn)動Q，P、Q的“透振方向”相平行的位置時光屏是最亮的，P、Q的“透振方向”相垂直的位置時光屏是暗的，其他一般的夾角位置，亮度介于兩者之間，故C錯誤；D．只有橫波才能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象，故光的偏振現(xiàn)象表明光是一種橫波，故D正確。故選D?！緦c訓(xùn)練1】（2024·重慶·模擬預(yù)測）白熾燈正常發(fā)光時，其消耗的電能約有10%的部分用于產(chǎn)生可見光。如圖所示，白熾燈發(fā)出的白光通過元件M照射到光屏P上。下列說法中正確的是（）A．如果M是單縫屏，光屏上出現(xiàn)的衍射圖樣中央是紅色亮條紋B．如果M是單縫屏，光屏上出現(xiàn)的衍射圖樣中央是白色亮條紋C．如果M是偏振片，沿水平軸線旋轉(zhuǎn)M，光屏上光的顏色將發(fā)生變化D．如果M是偏振片，沿水平軸線旋轉(zhuǎn)M，光屏上光的亮度將發(fā)生周期性的變化【答案】B【詳解】AB．無論是單縫屏還是雙縫屏，光屏上出現(xiàn)的圖樣中央都是白色條紋，單縫屏?xí)霈F(xiàn)衍射圖樣，雙縫屏?xí)霈F(xiàn)干涉圖樣，故A錯誤，B正確；CD．白熾燈發(fā)出的白光屬于自然光，所以如果M是偏振片，沿水平軸線旋轉(zhuǎn)M，光屏上光的亮度不會發(fā)生變化，顏色也不會發(fā)生變化，故CD錯誤。故選B。【對點訓(xùn)練2】（2223高二下·北京西城·期中）如圖所示，讓白熾燈發(fā)出的光通過偏振片P和Q，以光的傳播方向為軸旋轉(zhuǎn)偏振片P和Q，可以看到透射光的強(qiáng)度會發(fā)生變化，這是光的偏振現(xiàn)象。這個實驗說明（）A．光在真空中可以傳播 B．光是一種橫波C．光是一種縱波 D．光能發(fā)生衍射現(xiàn)象【答案】B【詳解】光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。故ACD錯誤；B正確。故選B。005強(qiáng)化訓(xùn)練【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．（2324高二下·福建三明·期末）與光的偏振原理有關(guān)的是（

）A．泊松亮斑 B．3D電影 C．小孔成像 D．海市蜃樓【答案】B【詳解】A．泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，故A錯誤；B．3D電影的播放和觀看利用了光的偏振現(xiàn)象，故B正確；C．小孔成像利用的是光沿直線傳播，故C錯誤；D．海市蜃樓是由于光在不均勻介質(zhì)中發(fā)生折射造成的，故D錯誤。故選B。2．（2324高二下·上?！て谥校﹫D為通過3D眼鏡看電腦顯示屏的照片，通過右側(cè)鏡片可看見屏幕上的內(nèi)容，而通過左側(cè)鏡片則看到一片黑，其原因是（

）A．左側(cè)鏡片上涂有增反膜B．右側(cè)鏡片上涂有增透膜C．光通過左側(cè)鏡片時發(fā)生了全反射D．左側(cè)鏡片的偏振方向與屏幕發(fā)出光的振動方向垂直【答案】D【詳解】ACD．3D眼鏡的2個鏡片是兩個透振方向互相垂直的偏振片，由于圖中電腦顯示屏發(fā)出的偏振光的振動方向與左側(cè)眼鏡鏡片的偏振方向垂直，所以沒有光穿過左側(cè)眼鏡，左側(cè)眼鏡看不見電腦顯示屏，故看到一片黑，并不是左側(cè)鏡片上涂有增反膜，也不是光通過左側(cè)鏡片時發(fā)生了全反射；故AC錯誤，D正確；B．由于電腦顯示屏發(fā)出的偏振光的透振方向與右側(cè)眼鏡平行，所以有光穿過右側(cè)眼鏡，右側(cè)眼鏡看得見電腦顯示屏，并不是右側(cè)鏡片上涂有增透膜。故B錯誤。故選D。3．（2024·江蘇揚(yáng)州·二模）觀看立體電影時要戴偏振片制成的眼鏡，眼鏡左右鏡片透振方向的夾角是（）A．0° B．30° C．60° D．90°【答案】D【詳解】觀看立體電影時要戴偏振片制成的眼鏡，由于左右兩個放映窗口前的偏轉(zhuǎn)片的透振方向互相垂直，因而產(chǎn)生的兩束偏振光的偏轉(zhuǎn)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，兩束光的偏轉(zhuǎn)方向仍然垂直，所以眼鏡左右鏡片透振方向的夾角是90°。故選D。4．（2324高二上·江蘇鹽城·期末）如圖所示，光屏M、N和偏振片P、Q平行共軸，其中P固定、Q可繞軸轉(zhuǎn)動。開始時Q與P偏振方向一致。太陽光沿軸線通過光屏M上的小孔射入，Q繞軸線緩慢旋轉(zhuǎn)180°的過程中，透過偏振片到達(dá)光屏N上光的強(qiáng)度（

）A．始終變強(qiáng) B．先變強(qiáng)后變?nèi)?C．始終變?nèi)?D．先變?nèi)鹾笞儚?qiáng)【答案】D【詳解】太陽光沿軸線通過光屏M上的小孔照射到固定不動的偏振片P上，再使偏振片Q繞軸勻速轉(zhuǎn)動180°的過程，當(dāng)偏振片P與偏振片Q垂直時，光屏沒有亮度，則關(guān)于光屏上光的亮度從亮到暗，再由暗到亮。故選D。5．（2324高二下·河北保定·階段練習(xí)）如圖所示，讓白熾燈發(fā)出的光通過偏振片P和Q，以光的傳播方向為軸旋轉(zhuǎn)偏振片P和Q，可以看到透射光的強(qiáng)度會發(fā)生變化，這個實驗說明（）A．光能發(fā)生干涉現(xiàn)象 B．光能發(fā)生衍射現(xiàn)象C．光是一種橫波 D．光是一種縱波【答案】C【詳解】光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。故選C。6．（2324高二下·山西太原·期末）下列選項正確的是（）A．可利用激光亮度高的特點來進(jìn)行精確測距B．激光與自然光相比，自然光更容易發(fā)生干涉現(xiàn)象C．觀看立體電影時，觀眾戴的眼鏡是一對透振方向互相平行的偏振片D．通過轉(zhuǎn)動加裝在相機(jī)鏡頭前的偏振濾光片，可使照片中水下和玻璃后的景象清晰【答案】D【詳解】A．可利用激光平行度高的特點來進(jìn)行精確測距。故A錯誤；B．激光與自然光相比相干性好，更容易發(fā)生干涉現(xiàn)象。故B錯誤；C．觀看立體電影時，觀眾戴的眼鏡是一對透振方向互相垂直的偏振片。故C錯誤；D．通過轉(zhuǎn)動加裝在相機(jī)鏡頭前的偏振濾光片，可使照片中水下和玻璃后的景象清晰。故D正確。故選D。7．（2324高一下·重慶沙坪壩·期末）關(guān)于激光的描述，下列說法正確的是（）A．激光是縱波，不能發(fā)生偏振現(xiàn)象B．激光在光導(dǎo)纖維中傳遞信息要比在真空中快C．激光不能像無線電波那樣用來傳遞信息D．激光檢查物體表面平整度利用了光的干涉原理【答案】D【詳解】A．激光是橫波，能夠發(fā)生偏振現(xiàn)象，故A錯誤；B．折射率與光速關(guān)系有可知，激光在光導(dǎo)纖維中傳遞信息要比在真空中慢，故B錯誤；C．激光是一種電磁波，能夠像無線電波那樣用來傳遞信息，故C錯誤；D．激光檢查物體表面平整度是薄膜干涉現(xiàn)象，利用了光的干涉原理，故D正確。故選D。8．（2324高二下·浙江湖州·期末）近日，一段“電力局用激光炮修剪樹枝”的視頻在網(wǎng)絡(luò)走紅，圖中機(jī)器名為便攜式激光清障儀，上方的樹枝經(jīng)過激光照射后斷裂。下列關(guān)于激光說法不正確的是（）A．激光是頻率相同、相位差恒定、振動方向一致的光波B．激光修剪樹枝是利用激光亮度高、能量大的特點C．激光測距利用了激光相干性好的特點D．光纖通信是利用了激光能被調(diào)制，可以用來傳遞信息的特點【答案】C【詳解】A．激光具有頻率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特點，是人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性，故A正確；B．激光修剪樹枝是利用激光亮度高、能量大的特點，故B正確；C．激光測距利用激光測量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光平行度好的特點，故C錯誤；D．光纖通信是應(yīng)用激光平行度非常好的特點對信號來進(jìn)行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行傳遞信息，故D正確。本題選不正確的，故選C。9．（2324高二下·上海長寧·期末）偏振光通過糖溶液后，迎著光看，偏振方向以傳播方向為軸，旋轉(zhuǎn)角θ稱“旋光角”，θ與糖溶液濃度有關(guān)，θ測量值與標(biāo)準(zhǔn)值比較能確定含糖量，如圖自然光源S，偏振片A、B，轉(zhuǎn)動B使O處光最強(qiáng)，然后將被測樣品P置于A、B間，則O處光強(qiáng)__________（選填“減弱”、“增強(qiáng)”、“不變”、“可能增強(qiáng)也可能減弱”）；若保持A不動將B朝某一方向轉(zhuǎn)過角度θ后發(fā)現(xiàn)O處光強(qiáng)最大，則保持B不動將A朝__________（選填“相同方向”、“相反方向”、“任意方向”）轉(zhuǎn)過角度θ后O處光強(qiáng)也一定最大，光的偏振現(xiàn)象說明光是__________波。

【答案】減弱相同方向橫【詳解】[1]不放樣品時，轉(zhuǎn)動B使O處光最強(qiáng)，此時A、B的透振方向相同；放置樣品后，由于樣品會使經(jīng)過A的偏振光產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角，所以此時穿過樣品的偏振光振動方向與B的透振方向不再平行，O處光強(qiáng)將明顯減弱；[2]若保持A不動將B朝某一方向轉(zhuǎn)過角度θ后發(fā)現(xiàn)O處光強(qiáng)最大，則保持B不動將A朝相同方向轉(zhuǎn)過角度θ后O處光強(qiáng)也一定最大；[3]光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波?！舅仞B(yǎng)提升】10．（2324高二下·福建福州·期末）下列四幅圖為光的相關(guān)現(xiàn)象，關(guān)于它們說法正確的是（）A．圖甲是單色光通過雙縫后得到的干涉條紋B．圖乙中內(nèi)窺鏡應(yīng)用了光的全反射原理C．圖丙為檢驗工件平整度的裝置，利用了光的衍射原理D．圖丁是立體電影原理，利用了光的干涉現(xiàn)象【答案】B【詳解】A．干涉條紋是等寬、等亮度的，衍射條紋是中央條紋最亮、最寬，向兩側(cè)越來越暗，越來越窄，甲圖是單色光通過單縫后得到的衍射條紋，故A錯誤；B．圖乙中內(nèi)窺鏡應(yīng)用了光的全反射原理，故B正確；C．丙圖是薄膜干涉的應(yīng)用，用來檢測平面的平整程度，故C錯誤；D．丁圖是立體電影原理，利用了光的偏振現(xiàn)象，故D錯誤。故選B?！灸芰ε鄡?yōu)】11．（2324高二下·廣東佛山·期末）如圖所示，用紅色激光對準(zhǔn)球狀水滴照射，背面放上一副白屏，就可以獲得水中微生物的衍射圖樣，對此，下列說法正確的是（）A．激光是一種橫波，傳播時需要介質(zhì)B．激光進(jìn)入水滴后波長不會發(fā)生變化C．微生物的大小接近激光波長時，衍射現(xiàn)象明顯D．換綠色激光照射水滴，一定不能得到微生物的衍射圖樣【答案】C【詳解】A．激光屬于電磁波，是一種橫波，傳播時不需要介質(zhì)，A錯誤；B．激光進(jìn)入水滴后，頻率不變，光速變小，根據(jù)公式則波長