第06讲光的偏振激光（原卷版）-高二物理讲义（人教2019选择性必修一）

第06讲光的偏振激光目标导航目标导航课程标准课标解读1．观察振动中的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象．2．了解激光的特性和应用，用激光观察全息照片．1．通过实验，认识振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象．2．知道偏振光和自然光的区别，能运用偏振知识来解释生活中一些常见的光学现象．3．了解激光的特点及其应用．4．知道日常见到的光多数是偏振光，了解偏振光在生产生活中的一些应用．知识精讲知识精讲知识点01光的偏振1．偏振现象(1)自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这样的光叫作自然光．(2)偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，其振动方向沿着偏振片的透振方向，即在垂直于传播方向的平面上，只沿着某一特定方向振动，这样的光称为偏振光．自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面的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所变化．(3)只有横波才有偏振现象．2．偏振现象在生产生活中的应用(1)摄影中应用偏振光：为了消除反射光的影响，在镜头前安装一片偏振片，让它的透射方向与反射光的偏振方向垂直，阻挡了反射光进入镜头．(2)电子表的液晶显示屏：在两块透振方向互相垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，液晶具有各向异性的属性，特别是对偏振光经过液晶时，其振动方向会旋转90°，利用这种特性控制光通过或不通过，从而显示数字的形状．【即学即练1】纵波不可能产生的现象是()A．偏振现象 B．反射现象C．折射现象 D．衍射现象【即学即练2】在拍摄日落水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是()A．减弱反射光，从而使景物的像清晰B．增强反射光，从而使景物的像清晰C．增强透射光，从而使景物的像清晰D．减弱透射光，从而使景物的像清晰知识点02自然光和偏振光的比较1．振动方向比较：自然光在垂直于光的传播方向的平面内，沿所有方向振动；偏振光在垂直于光的传播方向的平面内，沿某一特定的方向振动。2．经过偏振片时现象比较：如图甲，自然光通过偏振片后变成偏振光，后面的屏是明亮的，转动偏振片时，偏振光的振动方向随之变化，但屏上亮度不变。如图乙、丙，偏振光经过偏振片时，若光的振动方向与偏振片的透振方向平行，屏是亮的；若光的振动方向与偏振片的透振方向垂直，屏是暗的；若既不平行也不垂直，屏的亮度介于两者之间，随着振动方向与透振方向的夹角变大，亮度逐渐变暗。3．自然光、偏振光产生方式的比较：太阳、电灯等直接发出的光是自然光；自然光经偏振片后都是偏振光，自然光射到两种介质的交界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。【即学即练3】关于自然光和偏振光，下列观点正确的是()A．自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光却不能B．只有自然光透过偏振片才能获得偏振光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知识点03激光1．激光的产生：激光是原子受激发辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉．2．激光的特点：(1)激光是人工产生的相干光，其单色性好，相干性好．激光的频率单一，相干性非常好，颜色特别纯．用激光做衍射、干涉实验，效果很好．(2)激光的平行度好．从激光器发出的激光具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光．传播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯的光束能扩展到几十米范围．(3)亮度高．激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．3．激光的应用：光纤通信；激光测距；激光读写；激光加工；激光手术(亦称光刀手术)；激光武器；可控聚变反应中的应用．【即学即练4】(多选)准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光刀，可用于进行近视眼的治疗．用这样的激光刀对近视眼进行手术，手术时间短、效果好、无痛苦．关于这个治疗，以下说法中正确的是()A．近视眼是物体成像在眼球中的视网膜的前面，使人不能看清物体B．激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术C．激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复D．激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削能力拓展能力拓展考法01自然光和偏振光【典例1】(多选)关于自然光和偏振光，以下说法正确的是()A．自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同B．偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光D．太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光考法02偏振光的获取【典例2】(多选)如图所示，a是一偏振片，a的透振方向为竖直方向．下列四种入射光束哪几种照射a时能在a的另一侧观察到透射光()A．太阳光B．沿竖直方向振动的光C．沿水平方向振动的光D．沿与竖直方向成45°角振动的光【归纳总结】获取偏振光的方法(1)让自然光通过一块偏振片．(2)让自然光射到两种介质的交界面上，使反射光与折射光垂直时，反射光就是偏振光．(3)让自然光射到两种介质的交界面上，当反射光与折射光垂直时，折射光经过多次折射以后就是偏振光．考法03偏振光的理解【典例3】(多选)在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q.在Q的后边放上光屏，以下说法正确的是()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题组A基础过关练1．下列说法正确的是()A．两支铅笔靠在一起，自然光从笔缝中通过后就成了偏振光B．偏振光可以是横波，也可以是纵波C．因为激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象D．激光可以像刀子一样切除肿瘤2．(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3．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，使其在光导纤维中进行传递信息B．计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的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4．在拍摄日落时分水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是()A．减弱反射光，从而使景物的像清晰B．增强反射光，从而使景物的像清晰C．增强透射光，从而使景物的像清晰D．减弱透射光，从而使景物的像清晰5．(20202021学年北京市101中学高二(下)期末)下列说法中正确的是()A．用光导纤维束传送图像信息，这其中应用到了光的全反射现象B．通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的偏振现象C．白光经过三棱镜得到彩色图样是光的干涉现象D．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的衍射现象6．在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介．光盘上的信息通常是通过激光束来读取的．若激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向，如图所示．下列说法中正确的是()A．图中光束①是红光，光束②是蓝光B．在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度更快C．若光束①②先后通过同一单缝衍射装置，光束①的中央亮纹比光束②的窄D．若光束①②先后通过同一双缝干涉装置，光束①的条纹宽度比光束②的宽7．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°角(用带有箭头的虚线表示)。顺时针旋转P半周，从另一侧观察到光束的亮度变化情况是()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8．(多选)当以入射光线为轴转动偏振片时，观察电灯、烛焰、月球、反光的黑板，看到的现象有何不同()A．观察电灯和烛焰时，透射光的强弱随偏振片的旋转而变化B．观察电灯和烛焰时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化C．观察月球和反光的黑板时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化D．观察月球和反光的黑板时，透射光的强弱随偏振片的旋转而变化9．应用激光平行性好的特点，可以精确地测量距离。对准目标发射一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到的反射脉冲的时间间隔，就可求出激光器到目标的距离。若在地球上向月球发射一个激光脉冲，测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56s，则月球到地球的距离大约是多少千米？10．一束光由真空入射到平面玻璃上，当其折射角为30°时，反射光恰好发生完全偏振(反射光线与折射光线垂直)，由此可以计算出玻璃的折射率是多少？此时的入射角称为起偏角，也叫布儒斯特角，试求折射率为n的介质的布儒斯特角的通用表达式。

题组B能力提升练1．两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以至没有光通过．如果将其中的一片旋转180°，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象()A．透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零B．透过偏振片的光强先增强，然后减少到非零的最小值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2．(20202021学年天津市第一中学高二(下)期末)以下关于如图光学知识的叙述中，不正确的是()A．甲图是著名的泊松亮斑图案，这是光波的衍射现象B．乙图中的彩虹是不同色光在水滴中折射率不同造成的C．丙图的照相机镜头上涂有一层增透膜，增透膜利用了光的偏振原理D．丁图是医学上的内窥镜，其核心部件光导纤维能传输光信号，是利用光的全反射3．(多选)如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则()A．图中a光为偏振光B．图中b光为偏振光C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮4．如图所示，让太阳光通过M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上，P的右侧再放一光屏Q，现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周，则关于光屏Q上的亮度变化情况，下列说法中正确的是()A．只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮，其他位置时光屏上无亮光B．光屏上亮、暗交替变化C．光屏上亮度不变D．光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动5．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(如图)。若考虑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，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施中可行的是()A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是竖直的C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°D．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°6．如图所示，白炽灯的右侧依次放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧，旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是()A．A、B均不变 B．A、B均有变化C．A不变，B有变化 D．A有变化，B不变7．(多选)电子表的显示屏利用了液晶的旋光性，当液晶上不加电压时，偏振光通过液晶时偏振方向会被旋转90°，这就是液晶的旋光性；如果在液晶上加上电压，则旋光性消失。有一种电子表的显示屏是透明的，而在显示数字的笔画处不透光，则关于该显示屏，下列说法正确的是()A．上下两个偏振片的透振方向互相垂直B．上下两个偏振片的透振方向互相平行C．笔画处为透明电极，因此加上电压时变为不透明的D．笔画处没有电极，其余部分为透明电极8．(多选)鉴别奶粉的质量，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，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，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的测量值与标准值相比较，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，然后将被测样品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处光的强度仍为最大，偏振处B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，偏振片A转过的角度等于α9．如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则图中a光为________光．图中b光为________光．以SP为轴将B转过180°后，在P处________(选填“能”或“不能”)看到光亮，以SP为轴将B转过90°后，在P处________(选填“能”或“不能”)看到光亮．10．激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光AO以入射角θ照射到液面上，反射光OB射到水平的光屏上，屏上用光电管将光信号转变成电信号，如图所示。如发现光点向右移动Δs的距离到达B′，则液面是升高了还是降低了？变化了多少？11．实验证明让一束太阳光入射到平静的水面上，如果入射角合适，其反射光线和折射光线是互相垂直的，且偏振方向也是互相垂直的偏振光。已知水的折射率为eq\f(4,3)，求这一入射角为多少？

题组C培优拔尖练1．如图所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的振动方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化。设起偏振器和检偏振器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，正确的说法是()A．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大B．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大C．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小D．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小2．(多选)如图所示，一束自然光通过起偏器照射到光屏上，则图中光屏上发亮的有(起偏器上用箭头表示其透射方向)()3．如图所示是观看立体电影时放映机镜头上的偏振片和观看者所戴的偏光眼镜的配置情况，其中正确的是()4．(多选)旋光仪可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若