4.6光的偏振激光教学设计-高二上学期物理人教版选择性

4.6光的偏振激光教学分析本节为人教版（2019）选择性必修一第四章第六节，主要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，做好两个实验和“做一做”是让学生认识和理解光的偏振现象的关键，也是本节教学的突破口。本节内容有利于开阔学生的视野，加深对光的波动性，特别是对光是横波的理解。教学课时2课时教学目标(1)通过观察光的偏振现象，知道光是横波。(2)知道偏振光和自然光的区别，能运用偏振知识解释生活中的一些常见光学现象。(3)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。教学重难点教学重点光的偏振实验的观察和分析。教学难点光振动与自然光和偏振光的联系。教学方法通过实验现象使学生认清机械波中横波的偏振现象，再通过机械波与光波的类比，实现轻松过渡，形成概念明确的规律，并在应用中深化对知识的理解。教学用具柔软的长绳一根，带有狭缝的木板两块，细软的弹簧一根，偏振片两片，PPT课件。教学过程新课引入(多媒体辅助)教师：展示课件提出问题：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？讲授新课(复习横波和纵波的概念)教师：同学们回忆一下机械波的内容，举例说说什么是横波？什么是纵波？学生：振动方向和传播方向垂直的波叫横波，抖动水平软绳时产生的波就是横波。振动方向和传播方向在一条直线上的波叫纵波，像水平悬挂的弹簧一端振动时形成的沿弹簧传播的波。教师：对学生的回答进行肯定，并展示课件。一偏振(多媒体辅助)教师展示课件，介绍偏振现象与偏振方向的概念，同时要强调偏振现象是横波独有的现象。偏振现象：不同的横波，传播方向相同，振动方向不同的现象。例如一列横波沿水平方向传播，质点在竖直平面内可能沿着上下方向振动，也可能沿着左右方向振动，也可能沿着任何其他方向振动。偏振方向：横波的振动方向。演示实验一：教师演示课本实验：取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软绳上形成一列横波，让软绳穿过一块带有狭缝的木板；将软绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波。引导学生仔细观察波传到狭缝时的情况，看波能否通过狭缝传到木板的另一侧。现象：当狭缝与振动方向一致时，波不受阻碍，能通过狭缝，而当狭缝与振动方向垂直时，波被狭缝挡住，不能通过狭缝传到木板另一端，对弹簧上形成的纵波，无论狭缝怎样放置，弹簧上疏密相间的波均能顺利通过狭缝传播到木板另一侧。教师补充：在绳上横波传播过程中，当狭缝既不与振动方向平行也不与振动方向垂直时，有部分振动能通过狭缝。横波的这种现象称为偏振现象，大家看到，纵波不会发生偏振现象，根据是否能发生偏振，我们可以判断一个机械波是横波还是纵波。二光的偏振教师：通过前几节课的学习，我们知道光是一种波，那么光是横波还是纵波？我们如何验证？(教师介绍偏振片，可以将偏振片分发给学生，也可多媒体辅助展示课件)教师：请大家看这个薄片我们把它叫做偏振片，它上面有一个特殊的方向称为透振方向，只有振动方向与透振方向平行的光波才能透过偏振片，下面请大家认真观察。偏振片对光波的作用就像实验一中的狭缝对于机械波的作用，我们利用偏振片代替实验一中带有狭缝的木板就可以判断光波是横波还是纵波。演示实验二：(教师演示实验，并引导学生认真观察随着偏振片转动屏上光照强度的变化)让阳光或灯光通过偏振片P，在P的另一侧观察透射光；以光的传播方向为轴旋转偏振片P，在P的另一侧观察透射光的强度变化吗？现象1：偏振片是透明的，以光的传播方向为轴旋转P时，透射光强度不变。教师：同学们能由此得到什么结论吗？学生：光是纵波。教师：怎么得到这个结论的呢？学生：与前面纵波实验类比得到的。教师：大家有没有考虑过假如波是横波而且沿各个方向都有振动的情况呢？(学生默然，教师继续演示)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2：当Q的透振方向与P的透振方向一致时，透射光强度最大；以光传播方向为轴旋转时，透射光强度减弱，当Q与P透振方向垂直时，屏上最暗，光强几乎为零。教师：现在大家能判断光是横波还是纵波了吗？学生：能，是横波。教师：那现象1是怎么回事呢？原来，我们这里用的太阳光源包含了垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且各个方向振动的光波强度都相同，这种光叫自然光。通过偏振片后，这种光就只能沿着一个特定方向振动，这种光叫作偏振光。其实，除了从太阳、电灯这样一些从光源直接发出的光外，通常看到的绝大部分光都是偏振光，例如自然光在玻璃、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。三偏振现象的应用(多媒体辅助)光的偏振现象的应用(1)拍摄；由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景像不清楚。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像清晰。(2)观看立体电影。在放映时，每个放像机镜头上放一个偏振片，两个偏振片的偏振方向相互垂直。观众戴上用偏振片做成的眼镜，左眼偏振片的偏振方向与左面放像机上的偏振方向相同；右眼偏振片的偏振方向与右面放像机上的偏振方向相同。这样，银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观察，在人的脑海中就形成立体化的影像了。四激光及其产生4.1物体发光原理教师要求学生根据课前收集的材料，开展课堂交流：自然光是如何产生的，有什么特点？最后借助多媒体给出总结：①产生：光是从物质的原子中发射出来的，原子获得能量以后处于不稳定状态，它会以光的形式把能量发射出去。②特点：许多频率、相位、偏振以及传播方向各不相同的光的杂乱无章的混合，两个独立的普通光源发出的光不会发生干涉。4.2激光及其产生教师要求学生根据课前收集的材料，开展课堂交流：激光是如何产生的？最后借助多媒体给出总结：某些物质的原子中的粒子受光或电刺激，使低能级的原子变成高能级原子，在向低能态跃迁时辐射出传播方向、偏振、相位等性质完全相同的光波，这种光叫做激光。4.3激光的发展史教师要求学生根据课前收集的材料，讲述激光的发展史，最后借助多媒体指出激光发展的重要阶段：①1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。②1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了激光。③1965年，第一台可产生大功率激光的器件——二氧化碳激光器诞生。④1967年，第一台X射线激光器研制成功。4.4激光器的种类教师要求学生根据课前收集的材料，介绍激光器的种类，最后借助多媒体展示常见激光器。五激光的特点及其应用5.1激光的特点教师要求学生根据课前收集的材料，开展课堂交流。学生交流分享：①激光是相干光。可用来进行光的干涉、衍射等实验(科学实验)，由于原子的发光不是无限制持续的，每一次发光与下一次发光总有一个时间间隔，只有同一光源在同一发光时间间隔内发出的光，在空间某点相遇时才会发生干涉，所以原子发光的平均时间间隔称为相干时间，在相干时间内光的行程称为相干长度，激光的相干长度可达几十千米，相干性较好。②激光的另一特点是激光的亮度特高。近年研制出的强激光的亮度要比太阳亮100亿倍以上。激光器发出的激光是集中在沿传播方向的一个极小的发射角内，亮度就会比同功率的光源高几亿倍，在极短时间内会辐射出巨大的能量，聚集在一点时可产生几百万甚至上千万度的高温。③激光还有一个特点就是激光的单色性好。自然界找不到频率“纯净”的光，各种频率的光总是混杂在一起的。但由于激光器中光学谐振腔的干涉作用，只有那些满足谐振腔共振条件的频率才能形成激光输出，不满足共振条件的频率，都在谐振腔内干涉相消了，因此激光的频率单一，单色性非常好，拿氦氖气体激光器来说，它产生的光波长范围不到一百亿分之一微米，完全可以视为单一而没有偏差的波长，是极纯的单色光。④激光的方向性好。一般的手电筒或探照灯聚光虽然很好，看上去它们射出的光束是笔直的，但在一两公里后，光线就发散成很大一片，亮度明显减弱，而激光射到这个距离上基本没有发散，激光是方向最一致、最集中的光。教师对学生的分享进行肯定，并借助多媒体总结出激光的特点：①相干性好(单色性强)；②平行度好(方向性好)；③亮度高(光强大)。5.2激光的应用教师：前面我们通过阅读交流讨论知道了激光的特点，下面我们再来了解一下激光有哪些应用。然后要求学生根据课前收集的材料，开展课堂交流。学生交流分享：①激光具有很高的能量。它是精密机械加工特别是微电子工业加工不可缺少的工具，用激光对金属打孔、切割、焊接、淬火，激光代替机械刀具和刻刀直接加工大型和微型元件，具有普通机械加工不可比拟的特点.利用它可以在坚硬的材料上打直径0.1mm到几微米的小孔。激光钻孔不受加工材料的硬度和脆性的限制，而且钻孔速度非常快，可以几千分之一秒甚至几百万分之一秒内钻出表面十分整齐光洁的小孔，激光快速自动成型技术，可以控制激光束将材料逐层“烧结”而形成实体零件或模具、模型。它可快速制成精密复杂或不规则图案的机械零件。我国已经研制成功激光迅速自动成型机，标志着我国已经掌握了这项新技术，并迅速进入国产化、商品化阶段。②激光在农业生产上也有广泛应用。用激光照射农作物种子，可诱发遗传变异，缩短种子发芽时间，育出的秧苗生长比较快，长势好，粗壮且均匀整齐，改善了农作物生长性能，提高产量。把激光技术引入果树栽培，能改良水果品质，提高水果产量。用激光照射牲畜家禽鱼类，能促进生长发育等。③激光在临床医学上的应用相当广泛。“激光刀”能有效地局部加热凝固血管，出血少。而且“刀”不与组织接触，不用消毒，激光刀很锋利，切割软组织和硬组织都一样快捷，还可应用激光对穴位照射，给穴位输入能量，无痛、灭菌、快速、安全。④激光在信息产业领域有着重要应用。在光纤通信中，激光作为信息高速传输的载体作通信载波。它还是信息高速处理的载体，光学计算机有着普通计算机无法比拟的优点，这种计算机运算速度高，传输信息量大，激光应用在信息存储领域，使大容量、高密度信息存储成为可能，像课本上介绍的DVD实际上是一种存储数据的磁性媒体，它可以双层双面使用，运行时间高达484min，储存量是VCD的几十倍甚至数十倍，可多达17GB。⑤目前，激光已成为重要的战略武器，在国防军事领域有着广泛的应用，例如激光测距、激光雷达、激光制导、激光模拟等技术的应用。激光武器包括激光致盲武器、激光干扰武器、激光防空武器等，这些武器对现代战争产生了深远影响。激光制导炸弹能快速准确无误地击中目标。用激光点燃核燃料是目前各国科学家竞相研究的重大课题，预计在2010年左右能够用激光实现核聚变，能源危机问题有望得到根本解决。教师：肯定学生从机械加工，农业，医学，信息，军事等生活领域对激光的应用讨论和总结，然后借助多媒体介绍这些应用分别是利用了激光的哪些特点。典题剖析例1(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处将看到光亮答案：BD解析：自然光沿各个方向发散是均匀分布的。通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光，选项A错误；它通过A偏振片后，即变为偏振光，选项B正确；设通过A的光沿竖直方向振动，若B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，将B转过180°后，P处仍无光亮，选项C错误；若将B转过90°，则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮。选项D正确。例2激光