第5章 第4節(jié)　光的偏振 第5節(jié)　激光與全息照相-同步新教材魯科版（2019）高中物理選擇性必修第一冊(cè)講義

第4節(jié)光的偏振第5節(jié)激光與全息照相學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念]了解光的偏振現(xiàn)象，知道光是橫波．2.[科學(xué)思維]了解偏振光和自然光的區(qū)別，知道偏振光在實(shí)際生活中的應(yīng)用．3.[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]了解激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用．一、光的偏振1．偏振現(xiàn)象(1)偏振：橫波只沿著某一個(gè)特定的方向振動(dòng)的現(xiàn)象．(2)偏振片和透振方向偏振片是只讓某一方向振動(dòng)的光通過(guò)的一種光學(xué)元件．通常把這個(gè)透光方向稱為偏振片的透振方向．(3)光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明，光是一種橫波．(4)自然光在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光波可沿任何方向振動(dòng)，光振動(dòng)在平面內(nèi)的分布是大致均勻的，這樣的光稱為自然光．(5)偏振光讓自然光通過(guò)偏振片，就能獲得偏振光．(6)起偏器和檢偏器用于獲得偏振光的偏振片叫起偏器，用于檢查通過(guò)起偏器的光是不是偏振光的偏振片叫檢偏器．2．偏振現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用偏振現(xiàn)象的主要應(yīng)用有偏振鏡、立體電影、地震預(yù)報(bào)等．二、激光與全息照相1．激光及其特性(1)激光器產(chǎn)生激光的裝置．(2)激光及特性激光是原子受激輻射產(chǎn)生的光，激光光束中所有光子的頻率一致、相位一致、偏振方向一致、傳播方向一致，所以激光具有單色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特點(diǎn)．2．激光的應(yīng)用(1)激光音樂(lè)噴泉(2)激光掃描條形碼(3)激光測(cè)量(4)激光治療3．全息照相全息照相是應(yīng)用光的干涉實(shí)現(xiàn)的．作為光源的激光被分成兩部分：一部分通過(guò)凹透鏡發(fā)散后射至膠片上；另一部分射向一個(gè)平面鏡，經(jīng)反射后通過(guò)另一個(gè)凹透鏡發(fā)散后射向被拍攝的物體．該物體把光反射到膠片上，并與第一束光發(fā)生干涉，兩束光干涉的結(jié)果就在膠片上記錄下被拍攝物體的三維圖像信息，這就是全息照片．1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)自然光是偏振光． (×)(2)光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波． (√)(3)激光是人工產(chǎn)生的相干光，其單色性好、相干性好． (√)(4)探照燈的光束就是激光． (×)2．(多選)對(duì)于激光的認(rèn)識(shí)，以下說(shuō)法正確的是()A．普通光源發(fā)出的光都是激光B．激光是自然界普遍存在的一種光C．激光是一種人工產(chǎn)生的相干光D．激光已經(jīng)深入我們生活的各個(gè)方面CD[普通光源不能產(chǎn)生激光，A錯(cuò)誤；激光要通過(guò)人工控制才能產(chǎn)生，B錯(cuò)誤，C正確；激光具有單色性好、相干性好、方向性好、亮度高的特點(diǎn)，已深入我們生活各個(gè)方面，D正確．]3．(多選)一束自然光通過(guò)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)()ABD[自然光通過(guò)起偏器后成為偏振光，當(dāng)偏振光的振動(dòng)方向與起偏器的透振方向平行時(shí)能夠通過(guò)，否則不能通過(guò)，所以A、B、D正確．]激光激光作為一種人造光源在科研、通訊、工業(yè)生產(chǎn)、軍事科技等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，如激光干涉儀、激光切割機(jī)、激光炮等．激光的應(yīng)用如此廣泛，激光到底具有哪些特性？激光干涉儀激光切割機(jī)激光炮提示：激光具有單色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特點(diǎn)．激光的特性及應(yīng)用特點(diǎn)(與普通光相比)特點(diǎn)內(nèi)容應(yīng)用單色性好相干性好頻率單一，相位差恒定，易發(fā)生干涉現(xiàn)象，可像無(wú)線電波一樣調(diào)制激光全息照相、光纖通信、光的干涉方向性好激光的方向性非常好，是一束幾乎不發(fā)散的平行光，可以會(huì)聚到很小的點(diǎn)上測(cè)距和跟蹤目標(biāo)、CD唱片、計(jì)算機(jī)光盤(pán)亮度高激光能在很小的空間、很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量“光刀”、激發(fā)核反應(yīng)【例1】關(guān)于激光的應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是()A．全息照片拍攝是利用了激光的全反射原理B．利用激光是相干光，可以用在雷達(dá)上進(jìn)行精確的測(cè)距C．由于激光平行度好，它能像無(wú)線電波那樣被調(diào)制，用來(lái)傳遞信息D．利用激光亮度高，可以用在醫(yī)學(xué)上做光刀切除腫瘤，或“焊接”剝落的視網(wǎng)膜D[全息照片拍攝是利用了激光的頻率單一，相干性好，能夠產(chǎn)生明顯的干涉，故A錯(cuò)誤；利用激光平行度好，可以用在雷達(dá)上進(jìn)行精確的測(cè)距，故B錯(cuò)誤；利用激光相干性好，它能像無(wú)線電波那樣被調(diào)制，用來(lái)傳遞信息，故C錯(cuò)誤；利用激光光強(qiáng)度大、能量集中，可以用在醫(yī)學(xué)上做光刀切除腫瘤，或“焊接”剝落的視網(wǎng)膜，故D正確．]eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．激光可以用來(lái)進(jìn)行精確的測(cè)距，激光測(cè)距雷達(dá)就是一種可以用來(lái)測(cè)距的裝置，它是利用了激光的什么特點(diǎn)()A．激光具有高度的相干性B．激光的平行度非常好C．激光的亮度高D．激光的單色性好B[“激光測(cè)距雷達(dá)”利用激光測(cè)量很遠(yuǎn)距離的目標(biāo)是因?yàn)榧す馄叫卸群?，方向性好．故B正確．]光的偏振如圖所示是立體電影中的圖片．為什么立體電影會(huì)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．1．偏振現(xiàn)象對(duì)于橫波通過(guò)狹縫的情況，只有狹縫的方向與橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向相同時(shí)，橫波才能無(wú)阻礙地通過(guò)狹縫，而當(dāng)狹縫的方向與橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直時(shí)，橫波不能通過(guò)狹縫，說(shuō)明偏振是橫波特有的現(xiàn)象．2．自然光與偏振光的區(qū)別自然光(非偏振光)偏振光光的來(lái)源直接從光源發(fā)出的光自然光通過(guò)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(與起偏器透振方向一致)【例2】(多選)在垂直于太陽(yáng)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(shuō)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)弱思路點(diǎn)撥：該題可按如下思路分析：太陽(yáng)光是自然光振動(dòng)方向與偏振片的透振方向相同的光透過(guò)兩平行偏振片的透振方向平行時(shí)透光最多，垂直時(shí)不透光．BD[P是起偏器，它的作用是把太陽(yáng)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(guò)Q的光強(qiáng)最大；當(dāng)Q與P的透振方向垂直時(shí)通過(guò)Q的光強(qiáng)最小，即無(wú)論旋轉(zhuǎn)P或Q，屏上的光強(qiáng)都是時(shí)強(qiáng)時(shí)弱．]關(guān)于“偏振”的幾個(gè)注意事項(xiàng)(1)偏振片是由特定的材料制成的，每個(gè)偏振片都有一個(gè)特定的方向，這個(gè)方向叫作“透振方向”，只有沿透振方向振動(dòng)的光才能通過(guò)偏振片．(2)偏振片上的“狹縫”表示透振方向，而不是真實(shí)狹縫．(3)光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是一種橫波．(4)自然光透過(guò)偏振片可以變成偏振光．(5)當(dāng)偏振片的偏振方向與光的偏振方向夾角不同時(shí)，透過(guò)偏振片的光的強(qiáng)度不同．eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．關(guān)于自然光和偏振光，下列觀點(diǎn)正確的是()A．自然光能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，而偏振光卻不能B．只有自然光透過(guò)偏振片才能獲得偏振光C．自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光D．自然光和偏振光都能使感光底片感光D[振動(dòng)沿各個(gè)方向均勻分布的光是自然光，而振動(dòng)沿著特定方向的光是偏振光，但自然光和偏振光都能發(fā)生干涉、衍射，所以A錯(cuò)；光的偏振現(xiàn)象并不罕見(jiàn)，除了從光源直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光，都是偏振光，所以B錯(cuò)；光的顏色由光的頻率決定，與光的振動(dòng)方向無(wú)關(guān)，所以C錯(cuò)；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，D正確．]1．物理觀念：光的偏振、激光．2．科學(xué)思維：偏振光與自然光的區(qū)別、激光的特性．3．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：立體電影、全息照相.1．(多選)關(guān)于自然光和偏振光，以下說(shuō)法正確的是()A．自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，但是沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度可以不同B．偏振光是垂直于傳播方向上，只沿著某一特定方向振動(dòng)的光C．自然光透過(guò)一個(gè)偏振片后就成為偏振光，偏振光經(jīng)過(guò)一個(gè)偏振片后又還原為自然光D．太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光BD[自然光沿各振動(dòng)方向的光波的強(qiáng)度相同，A錯(cuò)誤；偏振光在垂直于傳播方向上，只沿某一特定方向振動(dòng)，B正確；自然光透過(guò)偏振片后成為偏振光，偏振光透過(guò)偏振片后不能還原為自然光，C錯(cuò)誤；太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的是自然光，D正確．]2．在拍攝日落時(shí)水面下的景物時(shí)，應(yīng)在照相機(jī)鏡頭前裝一個(gè)偏振片，其目的是()A．減弱反射光，從而使景物的像清晰B．增強(qiáng)反射光，從而使景物的像清晰C．增強(qiáng)透射光，從而使景物的像清晰D．減弱透射光，從而使景物的像清晰A[由于反射光的干擾，景物的像常常比較模糊，裝上偏振片的目的是減弱反射光，且透振方向與反射光的振動(dòng)方向垂直，但不能增強(qiáng)透射光．]3．2016年，科學(xué)家利用激光干涉方法探測(cè)到由于引力波引起的干涉條紋的變化，這是引力波存在的直接證據(jù)．關(guān)于激光，下列說(shuō)法中正確的是()A．激光是自然界中某種物質(zhì)直接發(fā)光產(chǎn)生的，不是偏振光B．激光相干性好，任何兩束激光都能發(fā)生干涉C．用激光照射不透明擋板上小圓孔時(shí)，光屏上能觀測(cè)到等間距的光環(huán)D．激光全息照片是利用光的干涉記錄下物體三維圖像的信息D[激光是人造光，也是偏振光，故A錯(cuò)誤；激光相干性好，只有頻率相同的兩束激光才會(huì)發(fā)生干涉，故B錯(cuò)誤；用激光照射不透明擋板上小圓孔時(shí)，光屏上能觀測(cè)到衍射條紋，間距不等，故C錯(cuò)誤；激光全息照片是利用光的干涉記錄下物體三維圖像的信息，故D正確．]4．將兩個(gè)偏振片緊靠在一起，把它們放在一盞燈(自然光)前面，眼睛透過(guò)偏振片看到燈光很微弱．如果將其中一個(gè)偏振片旋轉(zhuǎn)180°，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)觀察到的現(xiàn)象是()A．燈光逐漸增強(qiáng)，然后又逐漸減弱B．燈光逐漸增強(qiáng)，然后減到零C．燈光逐漸增強(qiáng)，沒(méi)有變?nèi)醅F(xiàn)象D．燈光逐漸增強(qiáng)，再減弱，然后又增強(qiáng)到較亮A[起偏器和檢偏器的偏振方向垂直時(shí)，沒(méi)有光通過(guò)；偏振方向平行時(shí)，光強(qiáng)達(dá)到最大．當(dāng)其中一個(gè)偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)180°的過(guò)程中，兩偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通過(guò)的光強(qiáng)先增強(qiáng)，然后又逐漸減弱．故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．]5．應(yīng)用激光平行性好的特性，可以精確地測(cè)量距離．對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)極短的激光脈沖