新教材高中物理第四章光第6节光的偏振激光学案新人教版选择性必修第一册

PAGEPAGE8第6节光的偏振激光课标解读课标要求素养要求1.观察光的偏振现象,知道其产生的原因,知道其在生产生活中的应用。2.知道光是横波。3.通过实验，了解激光的特性。能举例说明激光技术在生产生活中的应用。1.物理观念:通过实验,认识偏振现象,知道只有横波才有偏振现象;了解激光的特点。2.科学态度与责任:了解偏振光和自然光的区别,能列举实例阐述激光的三个特性。自主学习·必备知识教材研习教材原句要点一偏振现象不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的，这个现象称为“偏振现象”①。要点二激光1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了频率相同、相位差恒定、振动方向一致②的光波，这就是激光。自主思考①（1）自然光和偏振光的主要区别是什么？（2）自然光经水面反射的光一定是偏振光吗？答案：提示（1）在垂直于传播方向的平面内，自然光沿一切方向振动，偏振光沿某一特定方向振动。（2）自然光经水面反射和折射的光都是偏振光。②（1）利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的特点？（2）什么是激光的“纯净”性？这一性质有何作用？答案：提示（1）应用了激光平行度好的特点。（2）“纯净”性是指频率、相位、偏振以及传播方向等性质完全相同。利用这个特点，双缝干涉实验和衍射实验用激光比用自然光更容易完成。可以用来传递信息。名师点睛1.光的偏振现象说明光波属于横波。2.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。3.光在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动。这种光叫作偏振光。4.激光可以进行光纤通信是利用了激光纯净的特性。互动探究·关键能力探究点一光的偏振情境探究1.夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼，严重影响行车安全。根据你所学的物理知识，能不能提出一种解决方法？答案：提示将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与灯光的振动方向垂直，这样自己车灯发出的光经对面车窗反射后仍能进入自己眼中，而对面车灯发出的光不能进入自己的眼中。探究归纳1.自然光和偏振光的比较项目自然光（非偏振光）偏振光光的来源直接从太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光自然光通过偏振片后的光或经过折射、反射的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光波的强度都相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向（与偏振片透振方向一致）2.偏振光的获得（1）利用偏振片来获得偏振光。让自然光通过偏振片，如图所示，当自然光通过偏振片时，就会变成在某一方向上振动的光。（2）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。（3）除直接从太阳、电灯等光源发出的光以外，平时我们所看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光（部分偏振光）。而通过偏振片的光只在一个方向振动，是完全偏振光。3.偏振光的应用（1）光的偏振现象有很多应用。如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景象不清楚，如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景象清晰。（2）夜晚行车时，对方照射过来的光很强，若加一个偏振片，可减弱对眼睛的照射。（3）立体电影也是利用了光的偏振原理。探究应用例两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面调整至没有光通过。如果将其中的一片旋转180​A.透过偏振片的光强先增强，然后又减弱到零B.透过偏振片的光强先增强，然后减弱到非零的最小值C.透过偏振片的光强在整个过程中都增强D.透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强答案：A解析：两偏振片的透振方向垂直时，没有光通过；透振方向平行时，光强度达到最大。将其中一个偏振片转动180​∘的过程中，两偏振片的透振方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光先增强，然后又减弱到零，故规律总结自然光通过两偏振片的问题自然光通过偏振片1后，变为偏振光，偏振光的振动方向与偏振片2的透振方向是否一致影响着透射光的强度，当两者的透振方向平行时，透射光光强最强，当两者的透振方向垂直时，透射光的光强为零。迁移应用1.如图所示，P是一偏振片，P的透振方向（用带有箭头的实线表示）为竖直方向。一光束射向P，该光束的振动方向与P的透振方向成45​∘（用带有箭头的虚线表示）。顺时针（从左向右看）旋转A.先变亮，再变暗B.先变亮，然后变暗，再变亮C.先变暗，再变亮D.先变暗，然后变亮，再变暗答案：D解析：一光束射向P，该光束的振动方向与P的透振方向成45​∘，在顺时针（从左向右看）旋转P半周过程中，光束振动方向与P的透振方向先由夹角为45​∘转到垂直，再由垂直转到平行，最后由平行转至夹角又为45​∘，则从另一侧观察到光束的亮度先变暗，然后变亮，再变暗，故A、2.（多选）在垂直于太阳光的传播方向上前后放置两个偏振片P和Q，在Q的后边放上光屏（图中未画出），如图所示，则下列说法正确的是()A.Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变B.Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱C.P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变D.P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱答案：B;D解析：P是偏振片，它的作用是把太阳光（自然光）转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时，通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱。探究点二激光情境探究1.激光作为一种人造光源，在科研、通信、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用，如激光干涉仪、激光切割机、激光炮等。激光的应用如此广泛，激光到底具有哪些特性？答案：提示激光具有单色性好、相干性好、亮度高、平行度好等特性。探究归纳1.激光激光是原子受激辐射产生的光，发出光的传播方向、偏振、相位等性质均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是相干光，激光是人工产生的光。2.激光的特点及应用特点性质应用纯净性高激光具有频率单一、相位差恒定、偏振方向相同的特点，是人工产生的相干光，具有高度的纯净性，即相干性光纤通信平行度好激光的平行度非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度精确地测距；提供目标指引；读取光盘上记录的信息等亮度高它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量用激光束切割、焊接；医学上可以用激光作“光刀”3.激光在科学研究上的应用（1）以激光为光源，科学家们可以深入研究原子、分子和固体材料的光谱，从而了解这些物质的结构。（2）利用激光，可以研究分子的运动和化学反应的过程。（3）利用激光制作的高精度光钟，可以实现对频率和时间的超高精度测量，这是人类能完成的最准确的测量之一。探究应用例（多选）关于应用激光的事例中，下列说法正确的是()A.激光平行度好可以用于测距B.激光能量十分集中，为治疗近视眼而研制的“激光刀”就利用了这个特点，优点是有效地减少了细菌的感染C.激光的亮度高，可以用于城市广场照明D.激光的相干性好，可用于双缝干涉实验答案：A;B;D解析：激光平行度好，即使传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，A正确；激光的亮度高，能量十分集中，可应用于金属的加工、激光医疗、激光美容、激光武器等，B正确；激光具有很好的相干性，可应用于双缝干涉实验、全息照相等，D正确；一般照明的灯光是辐射状的，而激光凝聚程度高，亮度高，容易烧坏物体，因此不能用于广场照明，所以C错误。关键点拨激光相关问题解题关键（1）熟记激光的主要特点及应用。（2）激光作为一种光，具有光的一切性质，能发生衍射、干涉、反射、折射等，遵从反射定律、折射定律等。迁移应用1.科学家利用激光干涉方法探测到由于引力波引起的干涉条纹的变化，这是引力波存在的直接证据。关于激光，下列说法中正确的是()A.激光是自然界中某种物质直接发光产生的，不是偏振光B.激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉C.用激光照射不透明挡板上的小圆孔时，光屏上能观测到等间距的光环D.激光全息照片是利用光的干涉记录物体三维图像的信息答案：D解析：激光是人造光，也是偏振光，A错误；激光相干性好，只有频率相同、相位相同、偏振方向相同的两束激光才会发生干涉，B错误；用激光照射不透明挡板上的小圆孔时，光屏上能观测到衍射条纹，间距不等，C错误；激光全息照片是利用光的干涉记录物体三维图像的信息，D正确。2.关于激光的应用问题，下列说法中正确的是()A.光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的B.计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点C.医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点D.“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点答案：C解析：由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性，A错误；计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好，B错误；医疗中的激光“光刀”利用了激光的亮度高的特点，C正确；激光测距利用的是激光平行度好的特点，D错误。评价检测·素养提升课堂检测1.如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明()A.光是电磁波B.光是一种横波C.光是一种纵波D.光是概率波答案：B解析：光的偏振现象证明光是一种横波，故B正确。2.（多选）“假奶粉事件”曾经闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物（糖）的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定糖量。偏振光通过糖水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标度值相比较，就能确定被测样品的含糖量了，如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，最后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是()A.到达O处光的强度会明显减弱B.到达O处光的强度不会明显减弱C.将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD.将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α答案：A;C;D解析：A、B之间不放糖溶液时，自然光通过偏振片A后，变成偏振光，通过B后到达O处。当在A、B间放糖溶液时，由于溶液的旋光作用，使通过A的偏振光振动方向转动了一定角度，到达O处的光强会明显减弱；但当B转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的光的偏振光振动方向一致时，O处光强又为最强，故B的旋转角度为糖溶液的旋光度；因为A、B的偏振方向一致，故转动偏振片A也可以。3.（多选）将激光束的宽度聚焦到纳米级(10-9m)A.单色性好B.平行度好C.粒子性D.能量高答案：B;D解析：激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复