2024-2025學(xué)年新教材高中物理第四章光6光的偏振激光教案新人教版選擇性必修第一冊(cè)

PAGE1-光的偏振激光【教學(xué)目標(biāo)】1．通過(guò)試驗(yàn)，相識(shí)振動(dòng)中的偏振現(xiàn)象，知道只有橫波有偏振現(xiàn)象。2．了解偏振光和自然光的區(qū)分，從光的偏振現(xiàn)象知道光是橫波。3．了解日常見(jiàn)到的光多數(shù)是偏振光，了解偏振光在生產(chǎn)生活中的一些應(yīng)用。4．了解激光的特點(diǎn)及激光的應(yīng)用。【教學(xué)重難點(diǎn)】1．通過(guò)試驗(yàn)，相識(shí)振動(dòng)中的偏振現(xiàn)象，知道只有橫波有偏振現(xiàn)象。2．知道光是橫波及偏振在生產(chǎn)生活中的一些應(yīng)用。3．了解激光的特點(diǎn)及激光的應(yīng)用?！窘虒W(xué)過(guò)程】一、復(fù)習(xí)提問(wèn)、新課導(dǎo)入（復(fù)習(xí)橫波和縱波的概念）師：請(qǐng)同學(xué)們回憶一下機(jī)械波一節(jié)內(nèi)容，舉例說(shuō)說(shuō)什么是橫波？什么是縱波？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)方向和傳播方向一樣的波叫縱波，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。師：通過(guò)前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道光具有波動(dòng)性，那么光波原委是橫波還是縱波呢？這節(jié)課我們要學(xué)習(xí)的偏振現(xiàn)象，可以說(shuō)明光是橫波。二、新課教學(xué)（一）偏振師：我們先通過(guò)一個(gè)試驗(yàn)來(lái)看看怎么推斷一種波是橫波還是縱波?！狙菔疽弧拷榻B課本上裝置，老師演示，引導(dǎo)學(xué)生細(xì)致視察波傳到狹縫時(shí)的狀況，看波能否通過(guò)狹縫傳到木板的另一側(cè)。師：請(qǐng)一位同學(xué)來(lái)表述一下看到的現(xiàn)象。生：對(duì)繩上形成的橫波，當(dāng)狹縫與振動(dòng)方向一樣時(shí)，波不受阻礙，能通過(guò)狹縫，而當(dāng)狹縫與振動(dòng)方向垂直時(shí)，波被狹縫攔住，不能通過(guò)狹縫傳到木板另一端，對(duì)彈簧上形成的縱波，無(wú)論狹縫怎樣放置，彈簧上疏密相間的波均能順當(dāng)通過(guò)狹縫傳播到木板另一側(cè)。師：表達(dá)得不錯(cuò)，還有同學(xué)要補(bǔ)充嗎？生：在繩上橫波傳播過(guò)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(guò)狹縫。師：很好。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，依據(jù)是否能發(fā)生偏振，我們可以推斷一個(gè)機(jī)械波是橫波還是縱波。雖然這種方法對(duì)推斷機(jī)械波并非必要，但我們可以借助這種方法來(lái)推斷光波是橫波還是縱波。（二）光的偏振【演示二】（老師介紹裝置，強(qiáng)調(diào)起偏器P和檢偏器Q的作用，演示同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生細(xì)致視察隨著檢偏器Q的轉(zhuǎn)動(dòng)屏上光照強(qiáng)度的改變）師：請(qǐng)大家看這個(gè)薄片，它在我們這個(gè)演示試驗(yàn)中的作用與前面的帶有狹縫的木板類(lèi)似，它上面有一個(gè)特別的方向稱透振方向，只有振動(dòng)方向與透振方向平行的光波才能透過(guò)偏振片，下面請(qǐng)大家細(xì)致視察。現(xiàn)象1：用一個(gè)起偏器視察自然光，偏振片是透亮的，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)P時(shí)，透射光強(qiáng)度不變。師：同學(xué)們能由此得到什么結(jié)論嗎？生：光是縱波。師：怎么得到這個(gè)結(jié)論的呢？生：與前面縱波試驗(yàn)類(lèi)比得到的。師：大家有沒(méi)有考慮過(guò)假如波是橫波而且沿各個(gè)方向都有振動(dòng)的狀況呢？（學(xué)生默然，老師接著演示）現(xiàn)象2：加上檢偏器Q，當(dāng)Q的透振方向與P的透振方向一樣時(shí)，透射光強(qiáng)度最大。現(xiàn)象3：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。師：現(xiàn)在大家能推斷光是橫波還是縱波了嗎？生：能，是橫波。師：那現(xiàn)象1是怎么回事呢？原來(lái)，我們這里用的太陽(yáng)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(guò)起偏器后，這種光就只能沿著一個(gè)特定方向振動(dòng)，這種光叫做偏振光。橫波只沿著某一個(gè)特定方向振動(dòng)，稱為波的偏振。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。師：哪位同學(xué)能來(lái)說(shuō)明剛才我們看到的三個(gè)現(xiàn)象呢？（學(xué)生基本上能依據(jù)與機(jī)械波類(lèi)比說(shuō)明試驗(yàn)現(xiàn)象，并明確光是一種橫波。）師：其實(shí)，除了從太陽(yáng)、電燈這樣一些從光源干脆發(fā)出的光外，通?？吹降慕^大部分光都是偏振光，反射光和折射光都是偏振光，且兩者偏振方向相互垂直。（三）偏振現(xiàn)象的應(yīng)用1．偏振濾光片2．車(chē)燈玻璃和擋風(fēng)玻璃3．偏光眼鏡4．拍攝水面景物5．液晶顯示（引導(dǎo)學(xué)生分析這些應(yīng)用的原理，激勵(lì)學(xué)生從生產(chǎn)生活中查找偏振應(yīng)用實(shí)例，條件許可還可教學(xué)生自制偏振片。）（四）激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用1．物體發(fā)光的微觀機(jī)理物質(zhì)中的原子受到激發(fā)以后，原子能量增加，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，要向低能態(tài)躍遷。在向低能態(tài)躍遷的過(guò)程中，會(huì)發(fā)出光。一般光源（白熾燈、日光燈、高壓水銀燈）的發(fā)光過(guò)程為自發(fā)輻射。各原子自發(fā)輻射發(fā)出的光彼此獨(dú)立，頻率、振動(dòng)方向、相位不肯定相同——為非相干光。2．激光及其產(chǎn)生（1）概念：激光精確內(nèi)涵是“輻射的受激放射的光放大”。（2）產(chǎn)朝氣理：原子受激輻射后發(fā)生躍遷。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)輻射出相位、頻率、方向等完全相同的光，這種光叫做激光。3．激光的發(fā)展史1958年，貝爾試驗(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)。1960年，美國(guó)加利福尼亞州休斯航空公司試驗(yàn)室的探討員梅曼獨(dú)創(chuàng)了世界上第一臺(tái)紅寶石激光器。1965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。1967年，第一臺(tái)Ｘ射線激光器研制勝利。4．激光的特點(diǎn)相干性、平行度好、亮度高（能量高）5．激光的應(yīng)用（1）相干性應(yīng)用：光纖通訊、激光全息技術(shù)。（2）平行度好：測(cè)距、測(cè)速（激光雷達(dá)測(cè)速）、信息存儲(chǔ)和閱讀（DVD、CD唱機(jī)、計(jì)算機(jī)光盤(pán)。（3）亮度高（能量高）：工業(yè)切割、焊接；醫(yī)學(xué)“光刀”、焊接；利用強(qiáng)激光產(chǎn)生的高壓引發(fā)核聚變?！菊n堂練習(xí)】1．下列說(shuō)法正確的是（）A．機(jī)械波都能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象B．光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波C．自然光不能產(chǎn)生偏振，說(shuō)明自然光是縱波D．光波的感光作用和生理作用等主要是由磁感應(yīng)強(qiáng)度B的振動(dòng)引起的答案：B2．縱波不行能產(chǎn)生的現(xiàn)象是（）A．偏振現(xiàn)象B．反射現(xiàn)象C．折射現(xiàn)象D．衍射現(xiàn)象答案：A3．如圖所示，太陽(yáng)光照耀到兩種介質(zhì)的界面上。關(guān)于反射光和折射光，下列說(shuō)法正確的是（）A．入射光、反射光、折射光都是偏振光B．入射光是自然光，折射光、反射光是偏振光C．反射光垂直于紙面振動(dòng)，折射光在紙面內(nèi)振動(dòng)D．反射光在紙面內(nèi)振動(dòng)，折射光垂直于紙面振動(dòng)答案：BC4．對(duì)激光的相識(shí)，以下說(shuō)法正確的是（）A．一般光源發(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)深化到我們生活的各個(gè)方面答案：CD5．兩個(gè)偏振片緊靠在一起，將它們放在一盞燈的前面以致沒(méi)有光通過(guò)。假如將其中的一片旋轉(zhuǎn)180°，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，將會(huì)產(chǎn)生下述的哪一種現(xiàn)象（）A．透過(guò)偏振片的光強(qiáng)先增加，然后又減弱到零B．透過(guò)的光強(qiáng)先增加，然后減弱到非零的最小值C．透過(guò)的光強(qiáng)在整個(gè)過(guò)程中都增加D．透過(guò)的光強(qiáng)先增加，再減弱，然后又增加答案：A6．夜間行車(chē)時(shí)，對(duì)面來(lái)車(chē)的車(chē)燈的強(qiáng)光刺眼會(huì)使司機(jī)看不清路況，因此兩車(chē)交會(huì)前要交替滅燈，同時(shí)減速，這樣很不便利。科學(xué)家設(shè)想，把每輛車(chē)前大燈罩玻璃換成偏振片，把車(chē)前擋風(fēng)玻璃也設(shè)計(jì)一塊偏振片，偏振片的透振方向一樣，且都與水平面成45°角，如圖所示，當(dāng)夜晚行車(chē)時(shí)，就能避開(kāi)對(duì)方燈光刺眼，且司機(jī)對(duì)自己車(chē)燈發(fā)出的光感覺(jué)和不加偏振片相同。試述其原理。答案：相向運(yùn)動(dòng)的車(chē)偏振片透振方向相互垂直，彼此的擋風(fēng)玻璃上的偏振片使對(duì)方車(chē)燈的偏振光不能通過(guò)，但能通過(guò)自己車(chē)燈的偏振光。7．如圖所示，將上一偏振片漸漸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，屏上的光的亮度起先漸漸________，當(dāng)它轉(zhuǎn)到90°時(shí)，屏上光亮度將最________（填“暗”“亮”），接著轉(zhuǎn)到180°時(shí)間由最________變?yōu)樽頮_______。如此每轉(zhuǎn)90°，交替改變一次（設(shè)起先時(shí)上、下兩偏振片平行且透振方向完全一樣）答案：變暗，暗，暗，亮8．關(guān)于激光所具有的特點(diǎn)，下列說(shuō)法中正確的是（）A．激光相干性好B．激光平行度好C．激光亮度高D．激光易色散答案：ABC9．以下說(shuō)法正確的是（）A．光纖通信利用了激光相干性好的特點(diǎn)B．激光武器利用了激光亮度高的特點(diǎn)C．激光寫(xiě)、讀利用了激光亮度高的特點(diǎn)D．激光加工、激光手術(shù)和激光武器都利用了激光亮度高的特點(diǎn)答案：ABD10．利用激光束來(lái)切割各種物質(zhì)，是利用激光的（）A．相干性好的特點(diǎn)B．方向性好，平行度高的特點(diǎn)C．亮度高的特點(diǎn)D．單色性好的特點(diǎn)答案：C11．2001年國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)授予中科院院士王選，表彰他在激光排版上的重大科技貢獻(xiàn)，激光是一種電磁波，某種排版系統(tǒng)中激光頻率為4×1014Hz，則該激光的波長(zhǎng)為（）A．0.25μm