【教案】光的偏振+激光+教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

.6光的偏振激光〖教材分析〗本节完整的解释了光是横波，阐述了光的偏振现象，以及光的偏振在生产、生活、科技等方面的应用。偏振现象对于学生来说不好理解，所以教材先从绳波会发生偏振入手，再通过类比去介绍光的偏振。在教学中，重点介绍我国在激光领域的成果。〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道光的偏振现象和光是一种横波。科学思维∶通过比较偏振光和自然光的区别，能运用偏振光的知识看待生活中的光学现象。科学探究：通过观察光的偏振现象，理解光波的是不一样的横波，有着不同的偏振方向，这一特性。科学态度与责任∶知道我国在激光领域的先进成果，培养民族自豪感。〖教学重难点〗教学重点：光的偏振现象及其应用。教学难点：偏振光的理解。〖教学准备〗弹簧、激光笔等。〖教学过程〗一、新课引入在观看立体电影时，观众要戴上特制的眼镜，如果不戴这副眼镜，银幕上的图像就模糊不清了。这是为什么？二、新课教学（一）偏振我们已经知道质点的振动方向和波的传播方向垂直的波是横波。质点的振动方向和波的传播方向平行的是纵波。光波的振动情况是不可见的，那么光的波动情况，只能通过其他方式来证明。窄缝原理：以绳波为例，让绳子穿过一个窄缝，如果绳波的方向与窄缝相同，绳波就可以穿过窄缝继续传播。如果绳波的方向与窄缝垂直，绳波的振动就会带窄缝阻挡，无法穿过窄缝。明确两个概念：偏振现象：传播方向相同，振动方向也可能不同。偏振方向：横波的振动方向。例如，一列沿水平方向传播的横波，既可能沿上下方向振动，也可能沿左右方向振动，还可能沿其他“斜”的方向振动。而纵波则不同，以声波为例，在声源后放置两条窄缝，无论怎样调节窄缝的方向，剩余的强度都没有变化。再比如弹簧形成的纵波，它也可以穿过相互垂直的两窄缝。以上例子说明，纵波一定能够通过窄缝，横波不一定。那就可以用窄缝原理来检测光波是横波还是纵波。（二）光的偏振思考：光的干涉和衍射现象都说明光是一种波。波又分为横波和纵波，光究竟是横波还是纵波呢？可以用窄缝原理来检测光波是横波还是纵波。研究表明，光是一种横波。窄缝原理做实验准备利用“偏振片”代替带有狭缝的木板来做光学实验。每个偏振片都有一个特定的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫作“透振方向”。演示：观察光的偏振现象（播放视频）如图，让阳光或灯光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的，只是透射光暗了一些。以光的传播方向为轴旋转偏振片P，透射光的强度变化吗？在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，观察通过两块偏振片的透射光的强度变化。现象：光照射偏振片在偏振片后方形成明显的光斑，此时两个偏振片的透振方向相同，将第二个偏振片旋转90度，光斑消失。验证：光是一种横波，如果光波是纵波，光强度不变。分析：实际上，太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。这种光是“自然光”。即自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动。偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也有变化。即一般的反射光和折射光都是偏振光。（三）偏振现象的应用1.在摄影中的应用——镜头前装偏振片。比如拍摄水面下的景物时，水面的反射光比较强，水下的景物非常不清晰，如果在镜头前加一个偏振片，使这个偏振片的透光方向与反射光的偏振方向垂直，就可以把反射光大幅减弱，从而突出水面下景物的清晰度。车灯和车窗前装上偏振片晚上会车强光晃眼的问题，相信你也曾经遇到过这种刺眼的灯光，这是很容易发生交通事故，如果在车窗和车灯前装上透振方向是45度的偏振片，自己的灯光可以很清晰的透过自己的车窗，但对面汽车因为是相向而行，它的灯光振动方向恰好与本车窗透振方向垂直，这样就可以消除对面车灯的强烈炫光。3.看电影时眼镜利用偏振现象就可以解释课前的问题。做一做（播放视频）将一个偏振片放于眼睛的前方，观察通过窗户进入室内的自然光。转动偏振片，你感觉到的明暗有没有明显的变化？（四）激光的特点及其应用激光技术已经慢慢被人们所熟知。其实原本自然界不存在激光，是原子受到特定刺激，内部结构发生变化时，从原内部发出的光。激光：频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波。问题：激光的优势何在呢？①激光的单色性好例如，我们前面讲过的双缝干涉实验和衍射实验，用激光要比用自然光更容易完成。因此，激光被广泛地应用于生产生活和科学研究中。②激光的很高的相干性首先在普通的光源发光时，每个原子什么时候发光朝哪个方向发光都不确定，而且发光的频率也不一样，这样的光干涉效果并不好。而激光器发出的激光数频率相同，振动方向也相同，它具有很高的相关性，可以用来传递信息。并且激光的频率大，只能携带的信息量就大，这造就了现在主流的光纤网络。③激光的平行度好另外普通光源发出的光是射向四面八方的，就算再高端的探照灯也会有0.1弧度的发散角，激光的发散角只有0.001弧度，这导致探照灯的光到达月球时，光斑直径会拿到几百公里，而激光只有两公里。所以激光往返的能量更集中，更适用于精确测距，激光的这种特性被称作平行度好。④激光亮度高此外，如果把强大的激光术汇聚起来照射的物体上能在千分之一秒达到几千万度的高温，使物体瞬间气化。利用激光役特性，可以用激光进行切割，焊接，打孔，甚至用来做激光武器。这就是激光亮度高或者说强度大的优势。激光的用途还有很多。人们现在还在努力实现更多种类的激光，比如，频率远高于可见光、与X射线接近的超高频率激光。它们也将成为生产和科研的有力工具。科学漫步:立体电影和偏振光观看立体电影时，观众戴的眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片。这要从人眼看物的立体感说起。人的两只眼睛同时观察物体，不但能扩大视野，而且能判断物体的远近，产生立体感。这是由于人的两只眼睛同时观察一个物体时，两眼看到的两个像并不完全相同，左眼看到物体的左侧面较多，右眼看到物体的右侧面较多，这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近，从而产生立体感。课堂练习例1：雨后太阳光入射到水:滴中发生色散而形成彩虹。设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是（）A.紫光、黄光、蓝光和红光B.紫光、蓝光、黄光和红光C.红光、蓝光、黄光和紫光D.红光、黄光、蓝光和紫光解析：根据折射图象可得出各光的偏折程度，即可得出折射率的大小，则可得频率、波长等的大小时关系，即可判断各光可能的顺序。由图可见光的折射率知，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的折射率依次增大，由题图知a→d折射率依次减小，故A、C、D错，B对。例2：市场上有种灯具俗称冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜（氟化镁）。这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为（）A.B.C.D.解析：解答本题时要明确通过改变薄膜的厚度可以达到增强反射光或肖弱反射光的目的。为消除反射的热效应显著的红外线，则要求红外线在薄膜的前后表面反射后屋加减弱，即路程差为半波长的奇数倍，故薄膜的最小厚度为红外线在该薄膜中波长的。即选B。例3：下列说法正确的是（）A.光的偏振现象说明光是横波B.光从真空斜射入某介质时，折射角大于入射角C.在单缝衍射实验中，缝越宽得到的中央亮条纹也越宽D.在相同的装置上做双缝干涉实验，紫光比红光的条纹宽解析：偏振是横波特有的现象，光能发生偏振说明光是横波，A符合题意。〖板书设计〗4.6光的偏振激光一、偏振横波：即使传播方向相同，振动方向也可能不同。称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。光的偏振：光是一种横波自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个