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：橫波只沿著某一個特定的方向振動的現(xiàn)象．(2)偏振片和透振方向偏振片是只讓某一方向振動的光通過的一種光學(xué)元件．通常把這個透光方向稱為偏振片的透振方向．(3)光的偏振現(xiàn)象說明，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，光振動在平面內(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．2．激光的應(yīng)用(1)激光音樂噴泉(2)激光掃描條形碼(3)激光測量(4)激光治療3．全息照相全息照相是應(yīng)用光的干涉實現(xiàn)的．作為光源的激光被分成兩部分：一部分通過凹透鏡發(fā)散后射至膠片上；另一部分射向一個平面鏡，經(jīng)反射后通過另一個凹透鏡發(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“√”，錯誤的打“×”)(1)自然光是偏振光． (×)(2)光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波． (√)(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)對于激光的認(rèn)識，以下說法正確的是()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方面CD[普通光源不能產(chǎn)生激光，A錯誤；激光要通過人工控制才能產(chǎn)生，B錯誤，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，已深入我們生活各個方面，D正確．]3．(多選)一束自然光通過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[自然光通過起偏器后成為偏振光，當(dāng)偏振光的振動方向與起偏器的透振方向平行時能夠通過，否則不能通過，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、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．激光的特性及應(yīng)用特點(與普通光相比)特點內(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，可以會聚到很小的點上測距和跟蹤目標(biāo)、CD唱片、計算機光盤亮度高激光能在很小的空間、很短的時間內(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)行精確的測距C．由于激光平行度好，它能像無線電波那樣被調(diào)制，用來傳遞信息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錯誤；利用激光平行度好，可以用在雷達(dá)上進(jìn)行精確的測距，故B錯誤；利用激光相干性好，它能像無線電波那樣被調(diào)制，用來傳遞信息，故C錯誤；利用激光光強度大、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．激光可以用來進(jìn)行精確的測距，激光測距雷達(dá)就是一種可以用來測距的裝置，它是利用了激光的什么特點()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[“激光測距雷達(dá)”利用激光測量很遠(yuǎn)距離的目標(biāo)是因為激光平行度好，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．為什么立體電影會產(chǎn)生如此神奇的效果？提示：在觀看立體電影時，觀眾要戴上一副特制的眼鏡，這副眼鏡就是一對透振方向相互垂直的偏振片．1．偏振現(xiàn)象對于橫波通過狹縫的情況，只有狹縫的方向與橫波質(zhì)點的振動方向相同時，橫波才能無阻礙地通過狹縫，而當(dāng)狹縫的方向與橫波質(zhì)點的振動方向垂直時，橫波不能通過狹縫，說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強度都相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿某一特定方向(與起偏器透振方向一致)【例2】(多選)在垂直于太陽光的傳播方向前后放置兩個偏振片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，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度不變B．Q不動，旋轉(zhuǎn)偏振片P，屏上光的亮度時強時弱C．P不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度不變D．P不動，旋轉(zhuǎn)偏振片Q，屏上光的亮度時強時弱思路點撥：該題可按如下思路分析：太陽光是自然光振動方向與偏振片的透振方向相同的光透過兩平行偏振片的透振方向平行時透光最多，垂直時不透光．BD[P是起偏器，它的作用是把太陽光(自然光)轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆猓撈窆獾恼駝臃较蚺cP的透振方向一致，所以當(dāng)Q與P的透振方向平行時，通過Q的光強最大；當(dāng)Q與P的透振方向垂直時通過Q的光強最小，即無論旋轉(zhuǎn)P或Q，屏上的光強都是時強時弱．]關(guān)于“偏振”的幾個注意事項(1)偏振片是由特定的材料制成的，每個偏振片都有一個特定的方向，這個方向叫作“透振方向”，只有沿透振方向振動的光才能通過偏振片．(2)偏振片上的“狹縫”表示透振方向，而不是真實狹縫．(3)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波．(4)自然光透過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，透過偏振片的光的強度不同．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[振動沿各個方向均勻分布的光是自然光，而振動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；光的偏振現(xiàn)象并不罕見，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；光的顏色由光的頻率決定，與光的振動方向無關(guān)，所以C錯；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的光，但是沿各個方向振動的光波的強度可以不同B．偏振光是垂直于傳播方向上，只沿著某一特定方向振動的光C．自然光透過一個偏振片后就成為偏振光，偏振光經(jīng)過一個偏振片后又還原為自然光D．太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光都是自然光BD[自然光沿各振動方向的光波的強度相同，A錯誤；偏振光在垂直于傳播方向上，只沿某一特定方向振動，B正確；自然光透過偏振片后成為偏振光，偏振光透過偏振片后不能還原為自然光，C錯誤；太陽、電燈等普通光源發(fā)出的是自然光，D正確．]2．在拍攝日落時水面下的景物時，應(yīng)在照相機鏡頭前裝一個偏振片，其目的是()A．減弱反射光，從而使景物的像清晰B．增強反射光，從而使景物的像清晰C．增強透射光，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方向垂直，但不能增強透射光．]3．2016年，科學(xué)家利用激光干涉方法探測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，光屏上能觀測到等間距的光環(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錯誤；激光相干性好，只有頻率相同的兩束激光才會發(fā)生干涉，故B錯誤；用激光照射不透明擋板上小圓孔時，光屏上能觀測到衍射條紋，間距不等，故C錯誤；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，眼睛透過偏振片看到燈光很微弱．如果將其中一個偏振片旋轉(zhuǎn)180°，在旋轉(zhuǎn)過程中會觀察到的現(xiàn)象是()A．燈光逐漸增強，然后又逐漸減弱B．燈光逐漸增強，然后減到零C．燈光逐漸增強，沒有變?nèi)醅F(xiàn)象D．燈光逐漸增強，再減弱，然后又增強到較亮A[起偏器和檢偏器的偏振方向垂直時，沒有光通過；偏振方向平行時，光強達(dá)到最大．當(dāng)其中一個偏振片轉(zhuǎn)動180°的過程中，兩偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通過的光強先增強，然后又逐漸減弱．故A正確，B、C、D錯誤．]5．應(yīng)用激光平行性好的特性，可以精確地測量距離．對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射一個極短的激光脈沖